MXenes, generally referring to two-dimensional (2D) transition-metal carbides, nitrides, and carbonitrides, have received tremendous attention since the first report in 2011. Extensive experimental and theoretical studies have unveiled their enormous potential for applications in optoelectronics, photonics, catalysis, and many other areas. Because of their intriguing mechanical and electronic properties, together with the richness of elemental composition and chemical decoration, MXenes are poised to provide a new 2D nanoplatform for advanced optoelectronics. This comprehensive review, intended for a broad multidisciplinary readership, highlights the state-of-the-art progress on MXene theory, materials synthesis techniques, morphology modifications, opto-electro-magnetic properties, and their applications. The efforts exploring the device performance limits, steric configurations, physical mechanisms, and novel application boundaries are comprehensively discussed. The review is concluded with a compelling perspective, outlook as well as non-trivial challenges in future investigation of MXene-based nano-optoelectronics.

Abstract Studies of the nonlinear optical phenomena that describe the light‐matter interactions in 2D crystalline materials have promoted a diverse range of photonic applications. MXene, as a recently developed new 2D material, has attracted considerable attention because of its graphene‐like but highly tunable and tailorable electronic/optical properties. In this study, we systematically characterize the nonlinear optical response of MXene Ti 3 C 2 T x nanosheets over the spectral range of 800 nm to 1800 nm. A large effective nonlinear absorption coefficient (β eff ∼‐10 −21 m 2 /V 2 ) due to saturable absorption is observed for all of the testing wavelengths. The contribution of saturable absorption is two orders of magnitude higher than other lossy nonlinear absorption processes, and the amplitude of β eff strongly depends on the light bleaching level. A negative nonlinear refractive index (n 2 ∼‐10 −20 m 2 /W) with value comparable to that of the intensively studied graphene was demonstrated for the first time. These results demonstrate the efficient broadband light signal manipulating capabilities of Ti 3 C 2 T x , which is only one member of the large MXene family. The capability of an efficient broadband optical switch is strongly confirmed using Ti 3 C 2 T x as saturable absorbers for mode‐locking operation at 1066 nm and 1555 nm, respectively. A highly stable femtosecond laser with pulse duration as short as 159 fs in the telecommunication window is readily obtained. Considering the diversity of the MXene family, this study may open a new avenue to advanced photonic devices.

Two-dimensional (2D) monoelemental bismuth (Bi) crystal, one of the pnictogens (group VA), has recently attracted increasing interest because of its intriguing characteristics. Here, uniformly sized 2D Bi quantum dots (BiQDs) with an average diameter (thickness) of 4.9 ± 1.0 nm (2.6 ± 0.7 nm) were fabricated through a facile liquid-phase exfoliation (LPE) method, and the corresponding photoresponse was evaluated using photoelectrochemical (PEC) measurements. The as-fabricated BiQDs-based photodetector not only exhibits an appropriate capacity for self-driven broadband photoresponse but also shows high-performance photoresponse under low bias potentials ranging from UV to visible light in association with long-term stability of the ON/OFF switching behavior. In terms of these findings, it is further anticipated that the resultant BiQDs possess promising potential in UV–visible photodetection as well as in liquid optoelectronics. Our work may open a new avenue for delivering high-quality monoelemental pnictogen QDs from their bulk counterparts, thereby expanding interest in 2D monoelemental materials.

Abstract As an analogue compound of black phosphorus, a new 2D semiconducting few‐layer SnS is successfully synthesized, and its nonlinear optical response is investigated. It is shown that its nonlinear refractive index and third‐order nonlinear susceptibility are measured as n 2 ≈ 10 −5 (cm 2 W −1 ) and ≈ 10 −10 (e.s.u.), respectively. By taking advantage of such a large Kerr nonlinearity, an all‐optical switching technique based on few‐layer SnS is realized through modulating the propagation of the signal beam by another controlling beam. The achievement of all‐optical switching indicates that few‐layer SnS could be developed as an excellent optical material for all‐optical signal processing. More importantly, a conceptually new and reliable information conversion system based on spatial cross‐phase modulation in few‐layer SnS, that is, the transmission and conversion of a sequence of bit information from one wavelength channel to the other, is presented. The contributions reveal potential applications of few‐layer SnS as a new type of optical information material, and it is therefore anticipated that SnS and other IV–VI compound‐based 2D nanomaterials could find promising applications in photonic devices such as optical modulators, optical switches, detectors, etc.

The accurate measurement of ultrafast pulses is extremely important in both academic and industrial fields. Revealing fast- and slow-varying pulse information simultaneously still remains a considerable challenge in ultrafast science. We propose a novel ultrafast measurement method, termed the "optical chirplet transform for observing pulse ultrafast structures (OCTOPUS)", to measure the spectrotemporal transient information on pulses. This approach slices a measured pulse into a series of orthogonal chirplet bases and transforms it into the corresponding Fourier-transform-limited pulse (FTLP) through a phase editing process, in which a programmable waveshaper iteratively achieves the mirror image of the measured pulse's phase spectrum relative to the theoretical FTLP. As a result, the ultrafast pulse field is accurately reconstructed assisted by phase spectrum retrieval. This method can both reconstruct transient fast-varying pulse fields with higher resolution and accuracy and measure other pulse information such as phase distribution and slow-varying envelope, advancing progress in ultrafast measurement technology.

Owing to their distinctive photophysical properties resulting from their larger exciton binding energy and the influence of dielectric and quantum confinement effects, considerable research interest has been directed toward two-dimensional Ruddlesden-Popper halide perovskites (2D RP-HPs). Particularly, 2D RP-HPs exhibit exceptional multiphoton absorption (MPA) effects that reveal versatile applications. In this work, two-photon absorption (2PA) and three-photon absorption (3PA) in 2D RP-HPs, specifically (PEA)