近年来，在石墨烯产业蓬勃发展之际，另一种新型单元素二维原子晶体材料——黑磷被发现。与石墨烯类似，黑磷具有诸多优异特性，故被称为比肩石墨烯的“梦幻材料”。张晗透露，黑磷的研究和应用才刚开始，其非线性光学特性被国内外多家单位证实并应用于超快激光的产生中。可以预见不久的将来，它将成为“第二个石墨烯”。

张晗团队研究发现黑磷具有宽带可饱和光吸收特性，波长范围可覆盖可见光到中红外波段。在激光领域中，具有可饱和吸收特性的器件是组建超短脉冲激光器的关键。黑磷这一特性的发现为中红外超快光学器件的研发提供了可能。该研究成果发表在国际期刊《先进功能材料》上。研究表明，石墨烯是一种无带隙的半金属半导体材料，拥有超高的电子迁移率以及宽带光吸收特性。然而，无带隙的能带结构限制了石墨烯在光电领域的应用和发展。而黑磷的最大特点是拥有随着层数可变的直接带隙，这恰好解决了困扰石墨烯的难题。早在2014年，复旦大学的张远波团队利用少层黑磷实现了高速场效应管的应用尝试，为黑磷的广泛研究拉开了序幕。

黑磷的应用不局限于光电领域，其在生物医学领域也具有优势。为此，张晗与中国科学院深圳先进技术研究院研究员喻学峰、香港城市大学教授朱剑豪合作，成功研发出新型的超小黑磷量子点，并将其作为光热制剂应用于肿瘤治疗中。