Lysemitterende trekanter kan have anvendelser inden for optisk teknologi

For første gang, forskere har skabt enkelte lag af et naturligt forekommende sjældent mineral kaldet wolframit, eller WS ₂ . Det resulterende ark af stablede svovl- og wolframatomer danner et bikagemønster af trekanter, der har vist sig at have usædvanlig lysemitterende, eller fotoluminescerende, ejendomme. Ifølge teamleder Mauricio Terrones, en professor i fysik og materialevidenskab og teknik ved Penn State, de trekantede strukturer har potentielle anvendelser inden for optisk teknologi; for eksempel, til brug i lysdetektorer og lasere. Resultaterne af forskningen vil blive offentliggjort i en trykt udgave af tidsskriftet Nano bogstaver .

Terrones forklarede, at skabe monolag - enkelt, et-atom-tykke lag - er af særlig interesse for videnskabsmænd, fordi de kemiske egenskaber af mineraler og andre stoffer vides at ændre sig afhængigt af deres atomtykkelse, åbne døren til potentielt nyttige anvendelser af flerlagsmaterialer af forskellige tykkelser. I tidligere forskning, videnskabsmænd havde opnået den bedrift at lave et monolag af grafen - et stof svarende til grafitten fundet i blyantledninger. "Teknikken disse forskere brugte var kedelig, men det virkede, " sagde Terrones. "De fjernede dybest set, eller eksfolieret, grafen, lag for lag, med scotch tape, indtil de kom ned til et enkelt atom med tykkelse."

Nu, for første gang, Terrones og hans team har brugt en kontrolleret termisk reduktion-sulfuriseringsmetode - eller kemisk dampaflejring - for at opnå den samme bedrift med et sjældent mineral kaldet wolframit. Forskerne begyndte med at afsætte små krystaller af wolframoxid, som er mindre end en nanometer i højden, og de førte derefter krystallerne gennem svovldamp ved 850 grader Celsius. Denne proces førte til individuelle lag - eller ark - sammensat af et atom i tykkelse. Den resulterende struktur - kaldet wolframdisulfid - er et bikagemønster af trekanter bestående af wolframatomer bundet med svovlatomer.

"En af de mest spændende egenskaber ved wolframdisulfid-monolaget er dets fotoluminescens, " sagde Terrones. Terrones forklarede, at fotoluminescens opstår, når et stof absorberer lys ved én bølgelængde og genudsender dette lys ved en anden bølgelængde. Egenskaben ved fotoluminescens forekommer også i visse bioluminescensdyr, såsom lystfisk og ildfluer. "En interessant opdagelse fra vores arbejde er det faktum, at vi ser den stærkeste fotoluminescens ved kanterne af trekanterne, lige der hvor atomernes kemi ændres, med meget mindre fotoluminescens, der forekommer i midten af ​​trekanterne, " sagde Terrones. "Vi har også fundet ud af, at disse nye monolag lyser ved stuetemperatur. Så der kræves ingen specielle temperaturkrav for at materialet kan udvise denne egenskab."

Medforfatter Vincent H. Crespi, anerkendt professor i fysik, Kemi, og Materials Science and Engineering ved Penn State, tilføjet, "Billederne af fotoluminescensen er smukke; trekanterne lyser op rundt om deres kanter som små ferieornamenter - ferieornamenter med potentielt transformative, langsigtede anvendelser i nano-optik."

Forskningen har mange potentielle anvendelser inden for optisk lysdetektion, produktion af lysemitterende dioder, og endda laserteknologi. Forskerne planlægger også at prøve den kemiske dampaflejringsteknologi for at dyrke innovative monolag ved hjælp af andre lagdelte materialer med potentielt nyttige anvendelser.