Et meget lysabsorberende og afstembart materiale

Ved at lægge forskellige todimensionelle materialer i lag, fysikere ved universitetet i Basel har skabt en ny struktur med evnen til at absorbere næsten alt lys af en valgt bølgelængde. Præstationen er afhængig af et dobbeltlag af molybdændisulfid. Den nye strukturs særlige egenskaber gør den til en kandidat til applikationer i optiske komponenter eller som en kilde til individuelle fotoner, som spiller en nøglerolle i kvanteforskningen. Resultaterne blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Natur nanoteknologi .

Nye todimensionelle materialer er i øjeblikket et varmt forskningsemne rundt om i verden. Af særlig interesse er van der Waals heterostrukturer, som er opbygget af individuelle lag af forskellige materialer holdt sammen af ​​van der Waals kræfter. Samspillet mellem de forskellige lag kan give det resulterende materiale helt nye egenskaber.

Dobbeltlag låser op for afgørende egenskaber

Der er allerede van der Waals heterostrukturer, der absorberer op til 100 procent af lyset. Enkeltlag af molybdændisulfid tilbyder absorptionskapacitet i dette område. Når lyset absorberes, en elektron forlader sin oprindelige position i valensbåndet, efterlader et positivt ladet hul. Elektronen bevæger sig til et højere energiniveau, kendt som ledningsbåndet, hvor den kan bevæge sig frit.

Det resulterende hul og elektronen tiltrækkes af hinanden i overensstemmelse med Coulombs lov, giver anledning til bundne elektron-hul-par, der forbliver stabile ved stuetemperatur. Imidlertid, med enkeltlags molybdændisulfid er der ingen måde at kontrollere, hvilke lysbølgelængder der absorberes. "Det er først, når et andet lag af molybdændisulfid tilsættes, at vi får tunability, en væsentlig egenskab til anvendelsesformål, " forklarer professor Richard Warburton fra University of Basel's Department of Physics and Swiss Nanoscience Institute.

Absorption og tunbarhed

Arbejder i tæt samarbejde med forskere i Frankrig, Det er lykkedes Warburton og hans team at skabe sådan en struktur. Fysikerne brugte et dobbelt lag molybdændisulfid, der var klemt mellem en isolator og den elektriske leder grafen på hver side.

"Hvis vi påfører en spænding til de ydre grafenlag, dette genererer et elektrisk felt, der påvirker absorptionsegenskaberne af de to molybdændisulfidlag, " forklarer Nadine Leisgang, en ph.d.-studerende i Warburtons team og hovedforfatter af undersøgelsen. "Ved at justere den påførte spænding, vi kan vælge de bølgelængder, ved hvilke elektron-hul-parrene dannes i disse lag."

Richard Warburton tilføjer, "Denne forskning kan bane vejen for en ny tilgang til udvikling af optoelektroniske enheder såsom modulatorer." Modulatorer bruges til selektivt at ændre et signals amplitude. En anden potentiel anvendelse er at generere individuelle fotoner, med vigtige implikationer for kvanteteknologi.