Vibrerende 2D-materialer

Nuværende elektroniske komponenter i computere, mobiltelefoner og mange andre enheder er baseret på mikrostrukturerede siliciumbærere. Imidlertid, denne teknologi har næsten nået sine fysiske grænser og de mindst mulige strukturstørrelser.

Todimensionelle (2-D) materialer forskes derfor intensivt. Man kan forestille sig disse materialer som ekstremt tynde film, der kun består af ét lag atomer. Den mest kendte er grafen, et atomart tyndt lag grafit. For sin opdagelse, Andre Geim og Konstantin Novoselov modtog Nobelprisen i fysik i 2010.

Mens grafen udelukkende består af kulstof, der er talrige andre 2-D forbindelser, der er karakteriseret ved særlige optiske og elektroniske egenskaber. Utallige potentielle anvendelser af disse forbindelser forskes i øjeblikket, for eksempel til brug i solceller, i mikro- og optoelektronik, i kompositmaterialer, katalyse, i forskellige typer sensorer og lysdetektorer, ved biomedicinsk billeddannelse eller ved transport af lægemidler i organismen.

Lysenergi kan få 2D-materialer til at vibrere

For funktionen af ​​disse 2-D forbindelser, man udnytter deres særlige egenskaber. "Det er vigtigt at vide, hvordan de reagerer på excitation med lys, " siger professor Tobias Brixner, leder af Chair of Physical Chemistry I ved Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg i Bayern, Tyskland.

I princippet, 2D-materialer exciteres elektronisk ligesom almindelige siliciumsolceller, når tilstrækkelig lysenergi rammer dem. Imidlertid, energien kan få det atomare tynde lag til at vibrere på samme tid. Dette påvirker igen de optoelektroniske egenskaber.

Styrken af ​​exciton-phonon-kobling er vanskelig at bestemme

Indtil nu, det var ukendt, hvor stærkt lys exciterer sådanne svingninger i et 2-D materiale ved stuetemperatur. Nu, i et internationalt samarbejde, et hold ledet af Tobias Brixner er for første gang lykkedes med at bestemme styrken af ​​oscillationsexcitationen ved lysabsorption i et 2-D materiale – nemlig i et "overgangsmetal dichalcogenid" - ved stuetemperatur.

"Denne mængde, kendt i teknisk jargon som exciton-phonon koblingsstyrke, er vanskelig at bestemme, fordi absorptionsspektret ved stuetemperatur er meget "udtværet", og ingen individuelle spektrallinjer kan adskilles, " siger JMU-fysikeren og fysisk kemiker.

Postdoc udviklede sammenhængende 2-D mikroskopi

Nu, imidlertid, postdoc-forsker Dr. Donghai Li i Würzburg har udviklet metoden "kohærent 2-D mikroskopi." Den kombinerer den rumlige opløsning af et mikroskop med femtosekundtidsopløsningen af ​​ultrakorte laserimpulser og med den multidimensionelle frekvensopløsning. Dette gjorde det muligt for Li at kvantificere indflydelsen af ​​svingningerne.

Brixner forklarer:"Overraskende nok, det viste sig, at exciton-phonon-koblingsstyrken i det undersøgte materiale er meget større end i konventionelle halvledere. Denne opdagelse er nyttig i den videre udvikling af 2-D materialer til specifikke applikationer."