Team udvikler laserbehandlingsmetode for at øge effektiviteten af ​​optoelektroniske enheder

Forskere ved U.S.Naval Research Laboratory (NRL) opdagede en ny metode til at passivere fejl i næste generations optiske materialer for at forbedre optisk kvalitet og muliggøre miniaturisering af lysemitterende dioder og andre optiske elementer.

"Fra et kemisk synspunkt, vi har opdaget en ny fotokatalytisk reaktion ved hjælp af laserlys og vandmolekyler, som er nyt og spændende, "sagde Saujan Sivaram, Ph.d., hovedforfatter af undersøgelsen. "Fra et generelt perspektiv, dette arbejde muliggør integration af høj kvalitet, optisk aktiv, atom tyndt materiale i en række forskellige anvendelser, såsom elektronik, elektrokatalysatorer, hukommelse, og kvantecomputerende applikationer. "

NRL -forskerne udviklede en alsidig laserbehandlingsteknik til væsentligt at forbedre de optiske egenskaber ved monolag molybdendisulfid (MoS ₂ ) - en halvleder med direkte mellemrum - med høj rumlig opløsning. Deres proces producerer en 100-fold stigning i materialets optiske emissionseffektivitet i områderne "skrevet" med laserstrålen.

Ifølge Sivaram, atom tynde lag af overgangsmetaldichalcogenider (TMD'er), såsom MoS ₂ , er lovende komponenter til fleksible enheder, solceller, og optoelektroniske sensorer på grund af deres høje optiske absorption og direkte båndgab.

"Disse halvledende materialer er særligt fordelagtige i applikationer, hvor vægt og fleksibilitet er en præmie, "sagde han." Desværre, deres optiske egenskaber er ofte meget variable og ikke-ensartede, hvilket gør det kritisk at forbedre og kontrollere de optiske egenskaber for disse TMD-materialer for at realisere pålidelige højeffektive enheder. "

"Defekter er ofte skadelige for disse monolags halvlederes evne til at udsende lys, "Sivaram sagde." Disse defekter fungerer som ikke-strålende fældetilstande, producerer varme i stedet for lys, derfor, fjernelse eller passivering af disse fejl er et vigtigt skridt i retning af højeffektive optoelektroniske enheder. "

I en traditionel LED, cirka 90 procent af enheden er en kølelegeme for at forbedre køling. Reducerede fejl gør det muligt for mindre enheder at forbruge mindre strøm, hvilket resulterer i en længere levetid for distribuerede sensorer og laveffektelektronik.

Forskerne demonstrerede, at vandmolekyler passiverer MoS ₂ kun når den udsættes for laserlys med en energi over TMD's båndgab. Resultatet er en stigning i fotoluminescens uden spektralforskydning.

Behandlede områder opretholder en stærk lysemission i forhold til de ubehandlede områder, der udviser meget svagere emission. Dette tyder på, at laserlyset driver en kemisk reaktion mellem de omgivende gasmolekyler og MoS ₂ .

"Dette er en bemærkelsesværdig præstation, sagde Berend Jonker, Ph.d., seniorforsker og hovedforsker. "Resultaterne af denne undersøgelse baner vej for brug af TMD -materialer, der er kritiske for optoelektroniske apparaters succes og relevante for forsvarsministeriets mission."