Forskere udforsker nye 2D-materialer, der kan gøre enheder hurtigere, mindre, effektiv

En ny undersøgelse af et internationalt forskerteam ledet af University of Minnesota fremhæver, hvordan manipulation af 2D -materialer kunne gøre vores moderne enheder hurtigere, mindre, og bedre.

Resultaterne er nu online og vil blive offentliggjort i Naturmaterialer , et førende videnskabeligt tidsskrift for materialevidenskab og ingeniørforskning.

Todimensionelle materialer er en klasse af nanomaterialer, der kun er nogle få atomer i tykkelse. Elektroner i disse materialer kan frit bevæge sig i det todimensionelle plan, men deres begrænsede bevægelse i den tredje retning styres af kvantemekanik. Forskning om disse nanomaterialer er stadig i sin vorden, men 2D-materialer såsom grafen, overgangsmetal dichalcogenider og sort fosfor har fået enorm opmærksomhed fra videnskabsmænd og ingeniører for deres fantastiske egenskaber og potentiale til at forbedre elektroniske og fotoniske enheder.

I dette studie, forskere fra University of Minnesota, MIT, Stanford, U.S. Naval Research Laboratory, IBM, og universiteter i Brasilien, Storbritannien og Spanien, gik sammen for at undersøge de optiske egenskaber af flere snesevis af 2D-materialer. Målet med papiret er at forene forståelsen af ​​lys-stof-interaktioner i disse materialer blandt forskere og udforske nye muligheder for fremtidig forskning.

De diskuterer, hvordan polaritoner, en klasse af kvasipartikler dannet ved kobling af fotoner med elektriske ladningsdipoler i fast form, tillade forskere at forene hastigheden af ​​fotonlyspartikler og elektronernes lille størrelse.

"Med vores enheder, vi vil have fart, effektivitet, og vi vil have små. Polaritons kunne give svaret, " sagde Tony Low, en el- og computeringeniørassistent ved University of Minnesota og hovedforfatter af undersøgelsen.

Ved at ophidse polaritonerne i 2D-materialer, elektromagnetisk energi kan fokuseres ned til en volumen, der er en million gange mindre sammenlignet med, når den forplanter sig i frit rum.

"Layered to-dimensional materialer er dukket op som en fantastisk værktøjskasse til nano-fotonik og nano-optoelektronik, giver skræddersyet design og tunbarhed for egenskaber, der ikke er mulige at realisere med konventionelle materialer, sagde Frank Koppens, gruppeleder ved Institute of Photonic Sciences i Barcelona, Spanien, og medforfatter til undersøgelsen. "Dette vil give enorme muligheder for ansøgninger."

Andre på holdet fra den private industri anerkender også potentialet i praktiske anvendelser.

"Undersøgelsen af ​​plasmon-polaritonerne i to dimensioner er ikke kun et fascinerende forskningsemne, men giver også muligheder for vigtige teknologiske anvendelser, " sagde Phaedon Avoruris, IBM-stipendiat ved IBM T. J. Watson Research Center og medforfatter af undersøgelsen. "For eksempel, et atomlagsmateriale som grafen udvider området for plasmonik til de infrarøde og terahertz-områder i det elektromagnetiske spektrum, hvilket tillader unikke applikationer lige fra sansning og fingeraftryk af små mængder af biomolekyler, til applikationer inden for optisk kommunikation, energihøst og sikkerhedsbilleddannelse."

Den nye undersøgelse undersøgte også mulighederne for at kombinere 2D-materialer. Forskere påpeger, at hvert 2D-materiale har fordele og ulemper. Kombinationen af ​​disse materialer skaber nye materialer, der kan have de bedste kvaliteter af begge.

"Hver gang vi ser på et nyt materiale, vi finder noget nyt, " sagde Low. "Graphene betragtes ofte som et 'vidunder' materiale, men at kombinere det med et andet materiale kan gøre det endnu bedre til en lang række applikationer."

For at læse hele forskningsrapporten, med titlen "Polaritoner i lagdelte todimensionelle materialer, "besøg Naturmaterialer internet side.