Abstract The fifth generation (5G) wireless communication networks are being deployed worldwide from 2020 and more capabilities are in the process of being standardized, such as mass connectivity, ultra-reliability, and guaranteed low latency. However, 5G will not meet all requirements of the future in 2030 and beyond, and sixth generation (6G) wireless communication networks are expected to provide global coverage, enhanced spectral/energy/cost efficiency, better intelligence level and security, etc. To meet these requirements, 6G networks will rely on new enabling technologies, i.e., air interface and transmission technologies and novel network architecture, such as waveform design, multiple access, channel coding schemes, multi-antenna technologies, network slicing, cell-free architecture, and cloud/fog/edge computing. Our vision on 6G is that it will have four new paradigm shifts. First, to satisfy the requirement of global coverage, 6G will not be limited to terrestrial communication networks, which will need to be complemented with non-terrestrial networks such as satellite and unmanned aerial vehicle (UAV) communication networks, thus achieving a space-air-ground-sea integrated communication network. Second, all spectra will be fully explored to further increase data rates and connection density, including the sub-6 GHz, millimeter wave (mmWave), terahertz (THz), and optical frequency bands. Third, facing the big datasets generated by the use of extremely heterogeneous networks, diverse communication scenarios, large numbers of antennas, wide bandwidths, and new service requirements, 6G networks will enable a new range of smart applications with the aid of artificial intelligence (AI) and big data technologies. Fourth, network security will have to be strengthened when developing 6G networks. This article provides a comprehensive survey of recent advances and future trends in these four aspects. Clearly, 6G with additional technical requirements beyond those of 5G will enable faster and further communications to the extent that the boundary between physical and cyber worlds disappears.

Few layer black phosphorus is a new two-dimensional material which is of great interest for applications, mainly in electronics. However, its lack of stability severely limits our ability to synthesise and process this material. Here we demonstrate that high-quality, few-layer black phosphorus nanosheets can be produced in large quantities by liquid phase exfoliation in the solvent N-cyclohexyl-2-pyrrolidone (CHP). We can control nanosheet dimensions and have developed metrics to estimate both nanosheet size and thickness spectroscopically. When exfoliated in CHP, the nanosheets are remarkably stable unless water is intentionally introduced. Computational studies show the degradation to occur by reaction with water molecules only at the nanosheet edge, leading to the removal of phosphorus atoms and the formation of phosphine and phosphorous acid. We demonstrate that liquid exfoliated black phosphorus nanosheets are potentially useful in a range of applications from optical switches to gas sensors to fillers for composite reinforcement.

Employing high-yield production of layered materials by liquid-phase exfoliation, molybdenum disulfide (MoS2) dispersions with large populations of single and few layers were prepared. Electron microscopy verified the high quality of the two-dimensional MoS2 nanostructures. Atomic force microscopy analysis revealed that ~39% of the MoS2 flakes had thicknesses of less than 5 nm. Linewidth and frequency difference of the E(1)2g and A1g Raman modes confirmed the effective reduction of flake thicknesses from the bulk MoS2 to the dispersions. Ultrafast nonlinear optical (NLO) properties were investigated using an open-aperture Z-scan technique. All experiments were performed using 100 fs pulses at 800 nm from a mode-locked Ti:sapphire laser. The MoS2 nanosheets exhibited significant saturable absorption (SA) for the femtosecond pulses, resulting in the third-order NLO susceptibility Imχ((3)) ~ 10(-15) esu, figure of merit ~10(-15) esu cm, and free-carrier absorption cross section ~10(-17) cm(2). Induced free carrier density and the relaxation time were estimated to be ~10(16) cm(-3) and ~30 fs, respectively. At the same excitation condition, the MoS2 dispersions show better SA response than the graphene dispersions.

Advanced MaterialsVolume 21, Issue 23 p. 2430-2435 Communication Broadband Nonlinear Optical Response of Graphene Dispersions Jun Wang, Corresponding Author Jun Wang jwangsci@gmail.com School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland)School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland).Search for more papers by this authorYenny Hernandez, Yenny Hernandez School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland)Search for more papers by this authorMustafa Lotya, Mustafa Lotya School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland)Search for more papers by this authorJonathan N. Coleman, Corresponding Author Jonathan N. Coleman colemaj@tcd.ie School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland)School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland).Search for more papers by this authorWerner J. Blau, Werner J. Blau School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland)Search for more papers by this author Jun Wang, Corresponding Author Jun Wang jwangsci@gmail.com School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland)School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland).Search for more papers by this authorYenny Hernandez, Yenny Hernandez School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland)Search for more papers by this authorMustafa Lotya, Mustafa Lotya School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland)Search for more papers by this authorJonathan N. Coleman, Corresponding Author Jonathan N. Coleman colemaj@tcd.ie School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland)School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland).Search for more papers by this authorWerner J. Blau, Werner J. Blau School of Physics and the Centre for Research on Adaptative Nanostructures and Nanodevices (CRANN) Trinity College Dublin Dublin 2 (Ireland)Search for more papers by this author First published: 10 June 2009 https://doi.org/10.1002/adma.200803616Citations: 426AboutPDF ToolsRequest permissionExport citationAdd to favoritesTrack citation ShareShare Give accessShare full text accessShare full-text accessPlease review our Terms and Conditions of Use and check box below to share full-text version of article.I have read and accept the Wiley Online Library Terms and Conditions of UseShareable LinkUse the link below to share a full-text version of this article with your friends and colleagues. Learn more.Copy URL Share a linkShare onFacebookTwitterLinked InRedditWechat Abstract A series of unoxidized and defect-free graphene dispersions with large populations of single and multilayer graphenes is prepared by employing high-yield exfoliation of graphene in the liquid phase. The graphene dispersions exhibit broadband optical limiting at 532 and 1064 nm. Nonlinear scattering, originated from the thermally induced solvent bubbles and microplasmas, is responsible for this nonlinear behavior. Citing Literature Supporting Information Detailed facts of importance to specialist readers are published as ”Supporting Information”. Such documents are peer-reviewed, but not copy-edited or typeset. They are made available as submitted by the authors. Filename Description adma_200803616_sm_suppdata.pdf20.9 KB suppdata Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article. Volume21, Issue23June 19, 2009Pages 2430-2435 RelatedInformation

In this paper, we report 4 different saturable absorbers based on 4 transition metal dichalcogenides (MoS(2), MoSe(2), WS(2), WSe(2)) and utilize them to Q-switch a ring-cavity fiber laser with identical cavity configuration. It is found that MoSe(2) exhibits highest modulation depth with similar preparation process among four saturable absorbers. Q-switching operation performance is compared from the aspects of RF spectrum, optical spectrum, repetition rate and pulse duration. WS(2) Q-switched fiber laser generates the most stable pulse trains compared to other 3 fiber lasers. These results demonstrate the feasibility of TMDs to Q-switch fiber laser effectively and provide a meaningful reference for further research in nonlinear fiber optics with these TMDs materials.

The findings in this study could broaden the applications of KNN materials in a new field.

Two-dimensional (2D) nanomaterials, especially the transition metal sulfide semiconductors, have drawn great interests due to their potential applications in viable photonic and optoelectronic devices. In this work, 2D tungsten disulfide (WS2) based saturable absorber (SA) for ultrafast photonic applications was demonstrated. WS2 nanosheets were prepared using liquid-phase exfoliation method and embedded in polyvinyl alcohol (PVA) thin film for the practical usage. Saturable absorption was discovered in the WS2-PVA SA at the telecommunication wavelength near 1550 nm. By incorporating WS2-PVA SA into a fiber laser cavity, both stable mode locking operation and Q-switching operation were achieved. In the mode locking operation, the laser obtained femtosecond output pulse width and high spectral purity in the radio frequency spectrum. In the Q-switching operation, the laser had tunable repetition rate and output pulse energy of a few tens of nano joule. Our findings suggest that few-layer WS2 nanosheets embedded in PVA thin film are promising nonlinear optical materials for ultrafast photonic applications as a mode locker or Q-switcher.

A superparamagnetic graphene oxide–Fe3O4 hybrid composite (GO–Fe3O4) was prepared via a simple and effective chemical method. Amino-functionalized Fe3O4 (NH2-Fe3O4) particles are firmly deposited on the graphene oxide sheets. The graphene oxide sheets could prevent NH2-Fe3O4 particles from agglomeration and enable a good dispersion of these oxide particles. The as-prepared GO–Fe3O4 hybrid composite had a much higher thermal stability than graphene oxide. The amount of NH2-Fe3O4 loaded on GO was estimated to be 23.6 wt% by atomic absorption spectrometry. The specific saturation magnetization (Ms) of the GO–Fe3O4 hybrid composite is 15 emu g−1. The magnetic GO–Fe3O4 composite has been employed as adsorbent for the magnetic separation of dye contaminants from water. The adsorption test of dyes (Methylene Blue (MB) and Neutral Red (NR)) demonstrates that it only takes 30 min for MB and 90 min for NR to attain equilibrium. The adsorption capacities for MB and NR in the concentration range studied are 167.2 and 171.3 mg g−1, respectively. The GO–Fe3O4 hybrid composite can be easily manipulated in magnetic field for desired separation, leading to the removal of dyes from polluted water. These GO–Fe3O4 hybrid composites have great potential applications in removing organic dyes from polluted water.

A new dedicated high-resolution high-throughput powder diffraction beamline has been built, fully commissioned, and opened to general users at the Advanced Photon Source. The optical design and commissioning results are presented. Beamline performance was examined using a mixture of the NIST Si and Al(2)O(3) standard reference materials, as well as the LaB6 line-shape standard. Instrumental resolution as high as 1.7 x 10(-4) (DeltaQQ) was observed.

The ultrafast, broadband, nonlinear optical response of a series of layered MoX₂ (X = S, Se and Te) dispersions were investigated.