En ny tilgang til ultrahurtige lysimpulser

Todimensionelle materialer kaldet molekylære aggregater er meget effektive lysudsender, der arbejder efter et andet princip end typiske organiske lysdioder (OLED'er) eller kvanteprikker. Men deres potentiale som komponenter til nye slags optoelektroniske enheder er blevet begrænset af deres relativt langsomme responstid. Nu, forskere ved MIT, University of California i Berkeley, og Northeastern University har fundet en måde at overvinde den begrænsning på, potentielt åbne op for en række anvendelser for disse materialer.

Resultaterne er beskrevet i journalen Proceedings of the National Academy of Sciences , i et papir af MIT lektor i maskinteknik Nicholas X. Fang, postdoc Qing Hu og Dafei Jin, og fem andre.

Nøglen til at forbedre responstiden for disse 2-D molekylære aggregater (2DMA), Fang og hans team fandt, er at koble dette materiale med et tyndt lag af et metal som sølv. Samspillet mellem 2DMA og metallet, der er blot et par nanometer væk, øger hastigheden af ​​materialets lysimpulser mere end tidoblet.

Disse 2DMA materialer udviser en række usædvanlige egenskaber og er blevet brugt til at skabe eksotiske former for stof, kendt som Bose-Einstein kondensater, ved stuetemperatur, mens andre tilgange krævede ekstrem afkøling. De er også blevet anvendt i teknologier som solceller og lys-høstende organiske antenner. Men det nye værk identificerer for første gang den stærke indflydelse, som en meget tæt metalplade kan have på den måde, disse materialer udsender lys.

For at disse materialer kan være nyttige i enheder som fotoniske chips - som er ligesom halvlederchips, men udfører deres operationer ved hjælp af lys i stedet for elektroner - "er udfordringen at være i stand til at tænde og slukke dem hurtigt, "hvilket ikke havde været muligt før, siger Fang.

Med metalsubstratet i nærheden, reaktionstiden for lysemissionen faldt fra 60 picosekunder (billiontedele af et sekund) til kun 2 picosekunder, Fang siger:"Dette er ret spændende, fordi vi observerede denne effekt, selv når materialet er 5 til 10 nanometer væk fra overfladen, " med et mellemlag af polymer imellem. Det er nok en adskillelse til, at fremstilling af sådanne parrede materialer i mængde ikke bør være en alt for krævende proces. "Dette er noget, vi mener kunne tilpasses til rulle-til-rulle-udskrivning, " han siger.

Hvis det bruges til signalbehandling, som at sende data med lys i stedet for radiobølger, Fang siger, dette fremskridt kan føre til en dataoverførselshastighed på omkring 40 gigahertz, hvilket er otte gange hurtigere, end sådanne enheder i øjeblikket kan levere. Dette er "et meget lovende skridt, men det er stadig meget tidligt" hvad angår at omsætte det til praktisk, fabrikationsudstyr, advarer han.

Holdet studerede kun én af de mange slags molekylære aggregater, der er blevet udviklet, så der kan stadig være muligheder for at finde endnu bedre variationer. "Dette er faktisk en meget rig familie af lysende materialer, " siger Fang.

Fordi materialets reaktionsevne er så stærkt påvirket af den nøjagtige nærhed af det nærliggende metalsubstrat, sådanne systemer kunne også bruges til meget præcise måleværktøjer. "Interaktionen reduceres som funktion af mellemrummets størrelse, så det kunne nu bruges, hvis vi vil måle en overflades nærhed, " siger Fang.

Mens holdet fortsætter sine undersøgelser af disse materialer, et næste skridt er at studere de virkninger, som mønstre af metaloverfladen kan have, da testene hidtil kun har brugt flade overflader. Andre spørgsmål, der skal behandles, omfatter bestemmelse af disse materialers brugbare levetid, og hvordan de kan forlænges.

Fang siger, at en første prototype af en enhed, der bruger dette system, kan blive produceret "inden for et år eller deromkring."