第一作者：ong>Zhicheng Su

通讯作者：Ewald Janssens

通讯单位：KU Leuven

研究内容：

在过去的十年中，单层保护金属簇的结构和电子特性受到了广泛关注，这些金属簇可以在宏观上进行尺寸选择。它们在光学应用方面的巨大潜力已被确定。在高强度状态下，单层保护金属簇表现出明显的非线性吸收和折射。自然地，这些现象是波长相关的，然而，这种相关性在很大程度上是未被探索的。作者使用 z 扫描技术与可调谐纳秒激光源相结合，量化了原子级精确Au₂₅(DDT)₁₈ 和 Au₃₈(DDT)₂₄ 簇的波长相关非线性光学吸收和折射截面。发现在不同的激发波长（双光子和激发态吸收、强度饱和和非线性折射）下会发生定性不同的非线性光学现象。两个簇在532 nm 处具有高非线性吸收截面，并在640 nm处呈现（局部）最大值，同时在吸收饱和处具有最大值。Au₂₅(DDT)₁₈的非线性折射总是负的，而Au₃₈(DDT)₂₄的非线性折射改变符号。根据波长的不同，非线性吸收效应的基本机制是双光子吸收或激发态吸收。获得的非常高的非线性截面，大约107-109 GM，证明了这些簇在光学应用中作为非线性吸收或折射材料的巨大潜力。

要点一： 

使用可调谐纳秒脉冲激光源的 z 扫描装置探索了Au₂₅(DDT)₁₈ 和 Au₃₈(DDT)₂₄MPC(monolayer-protected noble metal clusters)在甲苯溶液中的波长相关NLO(Non-linear optical)特性，该装置允许同时进行 OA(open aperture)和CA (closed aperture)测量宽波长范围。量化了Au₂₅(DDT)₁₈ 和 Au₃₈(DDT)₂₄簇的高NL(non-linear)吸收和折射截面，显示了它们在波长相关应用中的巨大潜力。

要点二： 

Au₂₅(DDT)₁₈ 和 Au₃₈(DDT)₂₄的NL吸收截面在630 nm 附近达到峰值，与在该区域观察到的吸收带一致。类似地，在该波长处观察到饱和吸收，表明负责 NL活性的潜在机制是ESA(excited-state absorption)。相反，在600 nm以下，没有观察到饱和吸收，NL吸收归因于纯粹的2PA(two-photon absorption)。

图1：Au₂₅(DDT)₁₈(连续黑色)和Au₃₈(DDT)₂₄(蓝色虚线)在甲苯中的波长相关吸收系数。Au₂₅(DDT)₁₈ 和 Au₃₈(DDT)₂₄ 的浓度分别为0.69和0.22 mM。

图2：(a) z 扫描设置的示意图。给出了OA和CA测量的配置；对于CA 测量，在检测器前面放置一个光圈，因此只有光束的中心部分未被阻挡。插图显示了用于从激光轮廓中去除高透射模式并获得单峰高斯光束的激光滤波阶段。(b) 使用 CCD 相机将光束半径成像为 z 函数的非典型高斯光束表征 (λ = 560 nm) 的示例。假设高斯光束轮廓执行实验数据的拟合。代表性光束轮廓图像显示在右侧。

图3：在532 nm (a和d)、630 nm (b和e)和690 nm (c和f)的选定波长处的归一化 CA 测量值, Au₂₅(DDT)₁₈ (a-c) 、Au₃₈(DDT)₂₄ (d-f)。开点对应于实验值，而实线表示基于方程 (1) 和 (2) 的拟合。曲线是针对 Iu = 10MWcm^-2测量的。

图4：在532 nm (a和d)、630 nm (b和e)和690 nm (c和f)的选定波长处的归一化 CA 测量值, Au₂₅(DDT)₁₈ (a-c) 、Au₃₈(DDT)₂₄ (d-f)。开点对应于实验值，而实线表示基于方程 (4) 和 (5) 的拟合。曲线是针对 Iu = 10MWcm^-2测量的。

图5：Au₂₅(DDT)₁₈ (a)和Au₃₈(DDT)₂₄ (b)的波长相关NL吸收截面、NL折射截面和饱和吸收强度的倒数。值是从在 Iu = 10 MW cm^-2时测量的曲线获得的。点对应于实验数据，而平滑线被包括在内以引导眼睛。在图(a)中，为了便于曲线分析，δA数据被乘以了3。

参考文献: 

Zhicheng Su, Matias Bejide, Piero Ferrari, Kevin Anthony Kaw, Michèle Moris, Koen Clays, Stefan Knoppe, Peter Lievens, Ewald Janssens. The wavelength-dependent non-linear absorptionand refraction of Au₂₅ and Au₃₈  monolayer- protected clusters. Nanoscale, 2022, 14, 3618–3624.