We have effectively shown a technique for significantly altering the nonlinear saturable absorption (SA) properties of nanocomposite films (NCFs) based on poly(3,4-ethylenedioxythiophene) doped with poly(4-styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) and molybdenum disulfide (MoS2) by regulating MoS2 concentration and input pulse energy of the laser. The NCFs are made using the straightforward drop-cast process on a glass substrate with varying quantities of MoS2. The produced NCFs’ refractive index (n) and extinction coefficient (k) values are determined using the Kramers–Kronig equations. Nonlinear studies show that the optical nonlinearity of pure PEDOT:PSS changes when mixed with MoS2. The Pauli blocking has been observed in MoS2/PEDOT:PSS NCFs. This leads to enhanced SA in NCF. The open-aperture Z-scan approach is used for the nonlinear optical research, and a nanosecond pulsed laser with a wavelength of 532 nm is used for the excitation. The findings obtained show the NCFs’ strong SA qualities.

1.
Q.
Bao
,
H.
Zhang
,
Y.
Wang
,
Z.
Ni
,
Y.
Yan
,
Z. X.
Shen
,
K. P.
Loh
, and
D. Y.
Tang
,
Adv. Funct. Mater.
19
,
3077
(
2009
).
2.
M.
Acerce
,
D.
Voiry
, and
M.
Chhowalla
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
313
(
2015
).
3.
J.
Xiao
,
D.
Choi
,
L.
Cosimbescu
,
P.
Koech
,
J.
Liu
, and
J. P.
Lemmon
,
Chem. Mater.
22
,
4522
(
2010
).
4.
F. K.
Perkins
,
A. L.
Friedman
,
E.
Cobas
,
P. M.
Campbell
,
G. G.
Jernigan
, and
B. T.
Jonker
,
Nano Lett.
13
,
668
(
2013
).
5.
D. J.
Late
,
Y. K.
Huang
,
B.
Liu
,
J.
Acharya
,
S. N.
Shirodkar
,
J.
Luo
,
A.
Yan
,
D.
Charles
,
U. V.
Waghmare
,
V. P.
Dravid
, and
C. N. R.
Rao
,
ACS Nano
7
,
4879
(
2013
).
6.
Z.
Yin
,
X.
Zhang
,
Y.
Cai
,
J.
Chen
,
J. I.
Wong
,
Y. Y.
Tay
,
J.
Chai
,
J.
Wu
,
Z.
Zeng
,
B.
Zheng
,
H. Y.
Yang
, and
H.
Zhang
,
Angew. Chem. Int. Ed.
53
,
12560
(
2014
).
7.
P.
Li
,
B.
Liang
,
M.
Su
,
Y.
Zhang
,
Y.
Zhao
,
M.
Zhang
,
C.
Ma
, and
N.
Su
,
Appl. Phys. B
122
,
150
(
2016
).
8.
D. V.
Khudyakov
,
A. A.
Borodkin
,
A. S.
Lobach
,
D. D.
Mazin
, and
S. K.
Vartapetov
,
Appl. Phys. B Lasers Opt.
125
,
73
(
2019
).
9.
Y.
Li
,
N.
Dong
,
S.
Zhang
,
X.
Zhang
,
Y.
Feng
,
K.
Wang
,
L.
Zhang
, and
J.
Wang
,
Laser Photonics Rev.
9
,
427
(
2015
).
10.
J.
Kudr
,
V.
Adam
, and
O.
Zitka
,
Molecules
24
(
18
),
3374
(
2019
).
11.
B.
Radisavljevic
,
A.
Radenovic
,
J.
Brivio
,
V.
Giacometti
, and
A.
Kis
,
Nat. Nanotechnol.
6
,
147
(
2011
).
12.
M. S.
Ramasamy
,
K. Y.
Ryu
,
J. W.
Lim
,
A.
Bibi
,
H.
Kwon
,
J. E.
Lee
,
D. H.
Kim
, and
K.
Kim
,
Nanomaterials
9
,
1328
(
2019
).
13.
A. K.
Thakur
,
R. B.
Choudhary
,
M.
Majumder
,
G.
Gupta
, and
M. V.
Shelke
,
J. Electroanal. Chem.
782
,
278
(
2016
).
14.
A.
Abun
,
B. R.
Huang
,
A.
Saravanan
,
D.
Kathiravan
, and
P. D.
Hong
,
J. Alloys Compd.
832
,
155005
(
2020
).
15.
P.
Raj
,
M.
Hwan Oh
,
K.
Han
, and
T.
Yoon Lee
,
Chemosensors
9
,
49
(
2021
).
16.
D.
Zhang
,
Y.
Sun
,
P.
Li
, and
Y.
Zhang
,
ACS Appl. Mater. Interfaces
8
,
14142
(
2016
).
17.
B. Z.
Lin
,
C.
Ding
,
B. H.
Xu
,
Z. J.
Chen
, and
Y. L.
Chen
,
Mater. Res. Bull.
44
,
719
(
2009
).
18.
N.
Mirabal
,
P.
Aguirre
,
M. A.
Santa Ana
,
E.
Benavente
, and
G.
González
,
Electrochim. Acta
48
,
2123
(
2003
).
19.
E.
Benavente
,
M. A.
Santa Ana
, and
G.
González
,
Phys. Status Solidi B
241
,
2444
(
2004
).
20.
T.
Wang
,
W.
Liu
,
J.
Tian
,
X.
Shao
, and
D.
Sun
,
Polym. Compos.
25
,
111
(
2004
).
21.
K.
Zhou
,
J.
Liu
,
W.
Zeng
,
Y.
Hu
, and
Z.
Gui
,
Compos. Sci. Technol.
107
,
120
(
2015
).
22.
J.
Wang
,
Z.
Wu
,
H.
Yin
,
W.
Li
, and
Y.
Jiang
,
RSC Adv.
4
,
56926
(
2014
).
23.
C. I.
Idumah
,
Polym Eng Sci.
63
,
2700
2718
(
2023
).
24.
Q.
Liao
,
Q.
Zhang
,
X.
Wang
,
X.
Li
,
G.
Deng
,
Z.
Meng
,
K.
Xi
, and
P.
Zhan
,
Compos. Sci. Technol.
165
,
388
(
2018
).
25.
H.
Ahmad
,
R.
Akhond
,
J.
Islam
,
M.
Rahaman
,
R.
Binta
,
A.
Ul-hamid
, and
M.
Rakibul
,
Surf. Interfaces
37
,
102750
(
2023
).
26.
R.
Sanikop
and
C.
Sudakar
,
ACS Appl. Nano Mater.
3
,
576
(
2020
).
27.
28.
S.
Yuvaraj
,
N.
Manikandan
, and
G.
Vinitha
,
Ceram. Int.
44
,
22592
(
2018
).
29.
M.
Saravanan
,
T. C.
Sabari Girisun
, and
G.
Vinitha
,
J. Mater. Sci.
51
,
3289
(
2016
).
30.
S.
Das
,
P.
Priyadarshini
,
D.
Alagarasan
,
S.
Vardhrajperumal
,
R.
Ganesan
, and
R.
Naik
,
J. Non-Cryst. Solids
592
,
121742
(
2022
).
31.
A.
Parida
,
D.
Sahoo
,
D.
Alagarasan
,
S.
Vardhrajperumal
,
R.
Ganesan
, and
R.
Naik
,
J. Alloys Compd.
905
,
164143
(
2022
).
32.
H.
Miao
,
X.
Hu
,
Q.
Sun
,
Y.
Hao
,
H.
Wu
,
D.
Zhang
,
J.
Bai
,
E.
Liu
,
J.
Fan
, and
X.
Hou
,
Mater. Lett.
166
,
121
(
2016
).
33.
N.
Marzari
,
O. L.
Sanchez
,
Y.
Kung
,
D.
Krasnozhon
,
M.
Chen
,
S.
Bertolazzi
,
P.
Gillet
,
A.
Fontcuberta
,
A.
Radenovic
, and
A.
Kis
,
ACS Nano.
9
,
4611
(
2015
).
34.
M.
Hertzog
,
M.
Wang
,
J.
Mony
, and
K.
Börjesson
,
Chem. Soc. Rev.
48
,
937
(
2019
).
35.
P.
Makuła
,
M.
Pacia
, and
W.
Macyk
,
J. Phys. Chem. Lett.
9
,
6814
(
2018
).
36.
P.
Priyadarshini
,
S.
Das
,
D.
Alagarasan
,
R.
Ganesan
,
S.
Varadharajaperumal
, and
R.
Naik
,
Sci. Rep.
11
,
1
(
2021
).
37.
D.
Sahoo
,
P.
Priyadarshini
,
R.
Dandela
,
D.
Alagarasan
,
R.
Ganesan
,
S.
Varadharajaperumal
, and
R.
Naik
,
RSC Adv.
11
,
16015
(
2021
).
38.
R.
Naik
,
R.
Ganesan
, and
K. S.
Sangunni
,
J. Alloys Compd.
554
,
293
(
2013
).
39.
A. R.
Zanatta
and
I.
Chambouleyron
,
Phys. Rev. B
53
,
3833
(
1996
).
40.
L.
Cheng
,
Y.
Yuan
,
C.
Liu
,
X.
Cao
,
J.
Su
,
X.
Zhang
,
H.
Zhang
,
H.
Zhao
,
M.
Xu
, and
J.
Li
,
Results Phys.
13
,
102282
(
2019
).
41.
V.
Ramar
and
B.
Karthikeyan
,
Appl. Phys. A
126
,
1
(
2020
).
42.
B.
Karthikeyan
,
S.
Hariharan
,
R. V.
Mangalaraja
,
T.
Pandiyarajan
,
R.
Udayabhaskar
, and
P.
Sreekanth
,
IEEE Photonics Technol. Lett.
30
,
1539
(
2018
).
43.
44.
B.
Anand
,
R.
Podila
,
P.
Ayala
,
L.
Oliveira
,
R.
Philip
,
S. S.
Sankara Sai
,
A. A.
Zakhidov
, and
A. M.
Rao
,
Nanoscale
5
,
7271
(
2013
).
45.
R. L.
Sutherland
,
D. G.
Mclean
, and
S.
Kirkpatrick
,
Handbook of Nonlinear Optics
(Marcel Dekker,
2003
).
46.
R.
Udayabhaskar
,
M. S.
Ollakkan
, and
B.
Karthikeyan
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
013107
(
2014
).
47.
K.
Wang
,
J.
Wang
,
J.
Fan
,
M.
Lotya
,
A.
O’Neill
,
D.
Fox
,
Y.
Feng
,
X.
Zhang
,
B.
Jiang
,
Q.
Zhao
,
H.
Zhang
,
J. N.
Coleman
,
L.
Zhang
, and
W. J.
Blau
,
ACS Nano
7
,
9260
(
2013
).
48.
L.
Tao
,
H.
Long
,
B.
Zhou
,
S. F.
Yu
,
S. P.
Lau
,
Y.
Chai
,
K. H.
Fung
,
Y. H.
Tsang
,
J.
Yao
, and
D.
Xu
,
Nanoscale
6
,
9713
(
2014
).
49.
K.
Anand
,
R.
Kaur
,
A.
Arora
, and
S. K.
Tripathi
,
Opt. Mater.
137
,
113523
(
2023
).
50.
B.
Guo
,
Q.
lan Xiao
,
S.
Hao Wang
, and
H.
Zhang
,
Laser Photonics Rev.
13
,
1
(
2019
).
51.
B.
Guo
,
S.-H.
Wang
,
Z.-X.
Wu
,
Z.-X.
Wang
,
D.-H.
Wang
,
H.
Huang
,
F.
Zhang
,
Y.-Q.
Ge
, and
H.
Zhang
,
Opt. Express
26
,
22750
(
2018
).
52.
N.
Xu
,
P.
Ma
,
S.
Fu
,
X.
Shang
,
S.
Jiang
,
S.
Wang
,
D.
Li
, and
H.
Zhang
,
Nanophotonics
9
,
2783
(
2020
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.