本申请涉及二维材料领域，具体而言，涉及一种二维范德瓦尔斯异质结及其制备方法、应用。
背景技术：
1、随着大数据时代的到来，人们对数据传输速度和带宽的需求不断增加，主要源于数据量和数据处理复杂性的急剧增长。5g技术、光纤通信、数据中心互连技术等都在不断发展。提升数据传输速度和带宽是确保数据高效流通和处理的关键。
2、对于信息的传递和处理，二极管是一个重要的器件。二极管可用于整流、调制与解调、稳压等等，广泛用于通信系统和信号处理等领域中。硅基电子二极管由p型半导体和n型半导体组成，二者形成pn结。当正向电压施加在p端时，电子从n端流向p端，形成电流；反向电压时，电流几乎不通，对电流具有单向导电性。然而，硅基电子二极管存在“电子瓶颈”，电子的速度有限，这使得电子在二极管中的运动受到限制，从而影响了二极管的性能。同时，这也限制了电子在通信和数据处理中的传输速度，导致带宽难以提升。因此，为了提高二极管的性能和速度，科学家们不断努力研究和开发新的技术和材料，以克服电子速度的限制。也就是，由于电子的传播速度和频率相对较小，硅基电子二极管在高速数据传输中面临速度和带宽限制的问题。
3、由于光子具有不受电磁干扰且具有高速和宽带等优点，光子作为信息传输媒介的全光二极管具有较高速度、较宽带宽的传输特点。近年来的研究表明，二维材料与光场具有较强的相互作用，然而，单个材料无法实现非互易传输，因此无法实现二极管的功能。市场上缺少基于二维材料的高性能全光二极管。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种二维范德瓦尔斯异质结及其制备方法、应用。申请人发现《advanced materials》期刊上的名称为“emerginglow-dimensional materials for nonlinear optics and ultrafast photonics”的文献公开了二维材料的非线性光学吸收特性，在带隙上激发可以表现出负的非线性吸收系数(饱和吸收特性)，在带隙下激发表现出正的非线性吸收系数(反饱和吸收特性)。二维材料具有较好的非线性吸收特性；形成全光二极管需要实现光路单向导通；通过调研和实验验证，申请人寻找在特性激发波长下具有相反非线性吸收系数的两种二维材料，并将其构建范德瓦尔斯异质结，实现光的非互易传输。全光二极管是以光子作为媒介进行信息传输，传输速度较快，解决了电子二极管中“电子瓶颈”的问题；电子二极管的高频特性较差，光的频率高于电子的频率，因此，实现了电子二极管无法达到的信息传输速度还克服了硅基电子二极管带宽受到限制的问题。
2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
3、本申请提供一种二维范德瓦尔斯异质结，异质结包括第一材料层和第二材料层，第一材料层和第二材料层之间通过范德瓦尔斯力相互作用；第一材料层为饱和吸收材料，第二材料层为反饱和吸收材料。
4、进一步地，第一材料层的材料为nbc、石墨烯、mxene中的一种，第二材料层的材料为gas、过渡金属硫化物、金属氧化物中的一种。
5、更进一步地，第一材料层的厚度为4-200nm，第二材料层的厚度为4-200nm；第一材料层和第二材料层的厚度之和为8-400nm。
6、上述二维范德瓦尔斯异质结的制备方法，方法包括，先在基底上制备第二材料层，然后在第二材料层上制备第一材料层；其中，利用物理气相沉积、化学气相沉积、液相剥离、磁控溅射中的一种制备第一材料层，利用物理气相沉积、化学气相沉积、液相剥离、磁控溅射中的一种制备第二材料层。
7、进一步地，第二材料层的材料为gas，第二材料层采用物理气相沉积法制备；第一材料层的材料为nbc，第一材料层采用液相剥离法制备，基底为蓝宝石；第一材料层转移到第二材料层上。
8、更进一步地，液相剥离法包括：首先，将nbc粉末与酒精充分混合，将混合溶液进行超声，超声时间大于等于90min；然后，将超声后的溶液及进行离心，取上层清液，离心转速为3000-7000rpm；最后，将上层清液真空抽滤到滤膜上，得到第一材料层，滤膜的孔径为1-5μm。
9、更进一步地，物理气相沉积法包括将前驱体粉末和基底放置在玻璃管中，密封玻璃管，通入载气，前驱体粉末放置于加热区域的中间位置，基底放置于载气的下游位置；加热区域的温度上高至预设温度，前驱体粉末升华，气态的前驱体随载气沉积在基底上，形成第二材料层。
10、更进一步地，前驱体粉末为gas粉末，预设温度为930-950℃，载气为氩气。
11、上述二维范德瓦尔斯异质结用于全光二极管，异质结设置于光路中，光场透射异质结，当入射激光由异质结的第一材料层一侧入射，第二材料层一侧出射时，光场导通；入射激光由异质结的第二材料层一侧入射，第一材料层一侧出射时，光场截止。
12、进一步地，光路可以为光学元件形成的光路，也可以为光纤形成的光路；光源为中心波长为580-2600nm的飞秒激光。
13、与现有技术相比，本发明的有益效果：本申请异质结由饱和吸收材料和反饱和吸收材料形成；入射光照射时同时存在非线性吸收的非互易性和异质结界面电荷转移两种效应，两种效应相互作用。较大的线性吸收系数和非线性吸收系数，以及界面电荷转移，使得非互易因子f和透过率对称性s增大，从而本申请异质结用于全光二极管时的性能较好。本申请全光二极管的响应速度较快，带宽取决于材料的选择，不易受限。
1.一种二维范德瓦尔斯异质结，其特征在于，所述异质结包括第一材料层和第二材料层，所述第一材料层和所述第二材料层之间通过范德瓦尔斯力相互作用；所述第一材料层为饱和吸收材料，所述第二材料层为反饱和吸收材料。
2.根据权利要求1所述的二维范德瓦尔斯异质结，其特征在于，所述第一材料层的材料为nbc、石墨烯、mxene中的一种，所述第二材料层的材料为gas、过渡金属硫化物、金属氧化物中的一种。
3.根据权利要求2所述的二维范德瓦尔斯异质结，其特征在于，所述第一材料层的厚度为4-200nm，所述第二材料层的厚度为4-200nm；所述第一材料层和所述第二材料层的厚度之和为8-400nm。
4.根据权利要求1所述的二维范德瓦尔斯异质结的制备方法，其特征在于，所述方法包括，先在基底上制备第二材料层，然后在所述第二材料层上制备第一材料层；其中，利用物理气相沉积、化学气相沉积、液相剥离、磁控溅射中的一种制备所述第一材料层，利用物理气相沉积、化学气相沉积、液相剥离、磁控溅射中的一种制备所述第二材料层。
5.根据权利要求4所述的二维范德瓦尔斯异质结的制备方法，其特征在于，所述第二材料层的材料为gas，所述第二材料层采用物理气相沉积法制备；所述第一材料层的材料为nbc，所述第一材料层采用液相剥离法制备，所述基底为蓝宝石；所述第一材料层转移到所述第二材料层上。
6.根据权利要求5所述的二维范德瓦尔斯异质结的制备方法，其特征在于，所述液相剥离法包括：首先，将nbc粉末与酒精充分混合，将混合溶液进行超声，超声时间大于等于90min；然后，将超声后的溶液及进行离心，取上层清液，离心转速为3000-7000rpm；最后，将所述上层清液真空抽滤到滤膜上，得到所述第一材料层，所述滤膜的孔径为1-5μm。
7.根据权利要求5所述的二维范德瓦尔斯异质结的制备方法，其特征在于，所述物理气相沉积法包括将前驱体粉末和所述基底放置在玻璃管中，密封所述玻璃管，通入载气，所述前驱体粉末放置于加热区域的中间位置，所述基底放置于所述载气的下游位置；所述加热区域的温度上高至预设温度，所述前驱体粉末升华，气态的前驱体随所述载气沉积在所述基底上，形成所述第二材料层。
8.根据权利要求7所述的二维范德瓦尔斯异质结的制备方法，其特征在于，所述前驱体粉末为gas粉末，所述预设温度为930-950℃，所述载气为氩气。
9.权利要求1所述的二维范德瓦尔斯异质结用于全光二极管，其特征在于，异质结设置于光路中，光场透射所述异质结，当入射激光由所述异质结的第一材料层一侧入射，第二材料层一侧出射时，光场导通；所述入射激光由所述异质结的所述第二材料层一侧入射，所述第一材料层一侧出射时，光场截止。
10.根据权利要求9所述的二维范德瓦尔斯异质结用于全光二极管，其特征在于，所述光路可以为光学元件形成的光路，也可以为光纤形成的光路；光源为中心波长580-2600nm的飞秒激光。
