[论文解读] Towards Developing Mid-Infrared Photonics Using Mxenes

Yas Al‐Hadeethi, Chandraman Patil+6 more|ArXiv.org|Oct 5, 2023

MXene and MAX Phase Materials被引用 13

一句话总结

本论文评估 MXenes 作为中红外光子学的二维平台的潜力，涵盖合成演变与在多平台上的器件集成。

ABSTRACT

Recent research and development in the mid-infrared (IR) wavelength range (2-20 um) for a variety of applications, such as trace gas monitoring, thermal imaging, and free space communications have shown tremendous and fascinating progress. MXenes, which mainly refer to two-dimensional (2D) transition-metal carbides, nitrides, and carbonitrides, have drawn a lot of interest since their first investigation in 2011. MXenes project enormous potential for use in optoelectronics, photonics, catalysis, and energy harvesting fields proven by extensive experimental and theoretical studies over a decade. MXenes offers a novel 2D nano platform for cutting-edge optoelectronics devices due to their interesting mechanical, optical, and electrical capabilities, along with their elemental and chemical composition. We here discuss the key developments of MXene emphasizing the evolution of material synthesis methods over time and the resulting device applications. Photonic and optoelectronic device design and fabrication for mid-IR photonics are demonstrated by integrating MXene materials with various electrical and photonic platforms. Here, we show the potential of using Mxene in photonics for mid-IR applications and a pathway toward achieving next-generation devices for various applications.

研究动机与目标

• 促使中红外光子学应用（2–20 μm），如痕量气体传感、热成像和自由空间通信。
• 评估 MXenes 作为具备有利机械、光学和电学特性的二维材料平台用于光电子学。
• 总结 MXene 合成方法的进展及其对器件性能与集成的影响。
• 讨论将 MXene 材料纳入的光子/光电子器件设计与制造。
• 勾勒使用 MXenes 的下一代中红外光子器件的路线图。

提出的方法

• 回顾 MXene 合成方法随时间的演变。
• 讨论与中红外光子学相关的 MXenes 的光学/机械/电学性质。
• 描述 MXene 材料与电气和光子平台的集成。
• 提出使用 MXenes 的光子/光电子器件设计与制造方法。
• 突出中红外范围内潜在的器件结构和应用。

实验结果

研究问题

• RQ1 MXene 材料在中红外光子学和光电子学中的潜力是什么？
• RQ2 MXene 合成方法如何演进，这些方法如何影响器件集成？
• RQ3 哪些器件设计和制造策略能够实现使用 MXenes 的中红外光子学应用？
• RQ4 哪些基于 MXene 的架构最有前景用于下一代中红外器件？

主要发现

• 由于具备有利的机械、光学和电学特性，MXenes 为中红外光子学提供了有前景的二维平台。
• 展示了将 MXenes 与各种电气与光子平台集成的器件设计与制造方法。
• 该综述确定了关键的合成方法及其对中红外应用器件性能的影响。
• 基于 MXene 的光子/光电子器件为下一代中红外技术显示出潜在路径。