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The Broad Chromatic Range of Two‐Dimensional Transition Metal Carbides
Advanced Optical Materials ( IF 8.0 ) Pub Date : 2020-12-09 , DOI: 10.1002/adom.202001563 Kathleen Maleski 1 , Christopher E. Shuck 1 , Aaron T. Fafarman 2 , Yury Gogotsi 1
Advanced Optical Materials ( IF 8.0 ) Pub Date : 2020-12-09 , DOI: 10.1002/adom.202001563 Kathleen Maleski 1 , Christopher E. Shuck 1 , Aaron T. Fafarman 2 , Yury Gogotsi 1
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Transition metal carbides and nitrides (MXenes) are a relatively new class of 2D materials, which include metallic and semiconducting examples. The chemical compositions of the vast MXene family span a broad range of the periodic table, yet the optical spectra of only a handful of MXene compositions have been reported, and in only one example are the spectroscopic features assigned. The optical properties of nine carbide MXenes, representing a systematic variation of chemical composition and atomic structure are presented here. The observed optical phenomena span the UV to IR and include interband transitions and plasma excitations. The spectral features involving excitation of the plasma provide an optical readout of the composition‐dependent carrier concentration, revealing even subtle changes due to modification of the surface chemistry. The high carrier concentration found in many MXenes differentiates them from other known 2D materials and the authors present evidence in favor of the hypothesis that MXenes host optically active plasmon resonances that naturally span the UV to near‐IR, as a function of composition. This study introduces optical properties of novel MXenes, benefits the interpretation of 2D materials spectroscopy, and suggests the tremendous potential for this class of optoelectronic building blocks.
中文翻译：
二维过渡金属碳化物的宽色域
过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）是一类相对较新的2D材料，其中包括金属和半导体示例。庞大的MXene族的化学成分涵盖了周期表的广泛范围，但仅报告了少数MXene成分的光谱，并且仅在一个示例中指定了光谱特征。这里介绍了九种碳化物MXene的光学性质，代表了化学组成和原子结构的系统变化。观察到的光学现象跨越了UV到IR，并包括带间跃迁和等离子体激发。涉及等离子体激发的光谱特征提供了取决于成分的载流子浓度的光学读数，甚至揭示了由于表面化学的改变而引起的细微变化。在许多MXene中发现的高载流子浓度使它们与其他已知的2D材料区别开来，作者们提供了证据支持MXene具有光学活性等离振子共振的假说，该共振随组成而自然地跨越了UV到近IR。这项研究介绍了新型MXene的光学性质，有利于2D材料光谱学的解释，并提出了此类光电构建基块的巨大潜力。
更新日期：2020-12-09
中文翻译：
二维过渡金属碳化物的宽色域
过渡金属碳化物和氮化物（MXenes）是一类相对较新的2D材料，其中包括金属和半导体示例。庞大的MXene族的化学成分涵盖了周期表的广泛范围，但仅报告了少数MXene成分的光谱，并且仅在一个示例中指定了光谱特征。这里介绍了九种碳化物MXene的光学性质，代表了化学组成和原子结构的系统变化。观察到的光学现象跨越了UV到IR，并包括带间跃迁和等离子体激发。涉及等离子体激发的光谱特征提供了取决于成分的载流子浓度的光学读数，甚至揭示了由于表面化学的改变而引起的细微变化。在许多MXene中发现的高载流子浓度使它们与其他已知的2D材料区别开来，作者们提供了证据支持MXene具有光学活性等离振子共振的假说，该共振随组成而自然地跨越了UV到近IR。这项研究介绍了新型MXene的光学性质，有利于2D材料光谱学的解释，并提出了此类光电构建基块的巨大潜力。
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