科学家首次实现了基于黑磷的光纤锁模激光器

25日从深圳大学获悉，深圳大学-新加坡国立大学光电协同创新中心教授张晗带领的深圳市孔雀创新团队首次实现了基于黑磷的光纤锁模激光器，得到了超短脉冲激光的输出。

近年来，在石墨 烯 产业蓬勃发展之际，另一种新型的单元素二维原子晶体材料――黑磷被发现。与石墨 烯 类似，黑磷具有诸多优异特性，故被称为比肩石墨 烯 的?梦幻材料?。张晗透露，黑磷的研究和应用才刚开始，其非线性光学特性被国内外多家单位证实并应用于超快激光的产生中。可以预见，在不久的将来，它将成为?第二个石墨 烯 ?。

今年5月，张晗团队研究发现黑磷具有宽带可饱和光吸收特性，波长范围可覆盖可见光到中红外波段。在激光领域中，具有可饱和吸收特性的器件是组建超短脉冲激光器的关键，黑磷的这一特性发现为中红外超快光学器件提供了可能。该发现发表于国际期刊《先进功能材料》上。

张晗说，研究表明，石墨 烯 是一种无带隙的半金属半导体材料，拥有超高的电子迁移率以及宽带光吸收特性。然而，无带隙的能带结构限制了石墨 烯 在光电领域的应用和发展。而黑磷的最大特点是拥有随着层数可变的直接带隙，恰好解决了困扰石墨 烯 的`难题。

早在2014年，复旦大学的张远波团队利用少层黑磷实现了高速场效应管的应用尝试，为黑磷的广泛研究掀开了序幕。

黑磷的应用还不仅局限于光电领域，磷是人体内的必要元素，其在生物医学领域具有优势。为此，张晗与中国科学院深圳先进技术研究院研究员喻学峰、香港城市大学教授朱剑豪合作，成功研发出新型的超小黑磷量子点，并将其作为光热制剂应用于肿瘤的治疗中，这一发现已发表在德国的《应用化学》杂志上。

中科院深圳先进技术研究院研究员喻学锋课题组与香港城市大学教授朱剑豪、深圳大学教授张晗合作，成功研发出新型的超小黑磷量子点，并应用于肿瘤的光热治疗。相关研究近日被《德国应用化学》以封面报道形式发表。

黑磷是白磷经高温高压后得到的黑色惰性同素异形体，它有着类似但不同于石墨烯片层装结构的波形层状结构，并且具备石墨烯所没有的半导体间隙。更重要的是它的半导体带隙是直接带隙，即电子导电能带（导带）底部和非导电能带（价带）顶部在同一位置。这意味着黑磷和光可以直接耦合。

课题组巧妙采用联合探头超声和水浴超声的液态剥离方法，可控制备二维层状黑磷量子点，得到横向尺寸约为2.6 纳米的单原子层厚度黑磷量子点。通过检测这种超小的黑磷量子点的光学属性和对不同细胞系生存率的影响，发现其展示了优异的近红外光学性能，在808 纳米的光热转换效率达到28.4%，在近红外激光的照射下能够显著杀死肿瘤细胞，并且在多种细胞系中均展现出良好的生物相容性。

据介绍，二维层状结构的超小黑磷量子点作为另一种形式的二维材料展现了独特的光学属性，同时因为磷是生物体内必需的元素，使其在生物医学领域的应用具有无可比拟的优势，因此黑磷量子点作为高效光热制剂用于癌症治疗拥有巨大的潜力。