Ny undersøgelse præsenterer tip-induceret nano-engineering af stamme, bandgap, og exciton-tragt i 2D-halvledere

Et forskerhold, ledet af professor Kyoung-Duck Park i Institut for Fysik ved UNIST er det lykkedes at undersøge og kontrollere de fysiske egenskaber af naturligt dannede nanoskala rynker i todimensionelle (2D) halvledere. Dette er takket være deres tidligere udviklede hyperspektrale adaptive tip-forstærkede fotoluminescens (a-TEPL) spektroskopi. Dette vil være et stort skridt fremad i udviklingen af ​​papirtynde, ultrafleksible skærme.

Rynker er en uundgåelig strukturel deformation i 2D-halvledermaterialer, som giver anledning til rumlig heterogenitet i materialeegenskaber, ifølge forskerholdet. Sådan strukturel deformation har længe været betragtet som en af ​​de største tekniske udfordringer inden for halvlederfremstilling, da dette ville skade ensartetheden i strukturelle, elektriske, og optiske egenskaber af halvledere. Udover, fordi størrelsen af ​​disse rynker er ret lille, den nøjagtige analyse af deres strukturelle, optisk, og excitoniske egenskaber har været umulige med konventionelle spektroskopiske værktøjer. "Nylige strain-engineering tilgange har gjort det muligt at tune nogle af disse egenskaber, men der har ikke været noget forsøg på at kontrollere den inducerede stamme af naturligt dannede rynker i nanoskala, mens de samtidig undersøger deres modificerede nano-optiske egenskaber, " bemærkede forskerholdet.

I dette studie, forskerholdet præsenterede en hyperspektral TEPL nano-imaging tilgang, kombineret med nano-optomekanisk belastningskontrol, at undersøge og kontrollere de nano-optiske og -excitoniske egenskaber af naturligt dannede rynker i en WSe2 ML. Denne tilgang tillod dem at afsløre de modificerede elektroniske egenskaber og exciton-adfærd ved rynken, forbundet med den inducerede enaksede trækspænding ved spidsen. Baseret på dette, forskerholdet var i stand til at udnytte rynkestrukturen som en nanoskala strain-engineering platform. Den præcise atomkraftspidskontrol gjorde dem også i stand til at konstruere de excitoniske egenskaber af TMD ML'er i de nano-lokale regioner på en fuldt reversibel måde, bemærkede forskerholdet.

Forskerholdet præsenterede yderligere en mere systematisk platform for dynamisk nano-emissionskontrol af rynken ved at demonstrere programmerbart operationelle omskiftnings- og moduleringstilstande i tid og rum. "Vi forestiller os, at vores tilgang giver adgang til potentielle applikationer i kvante-nanofotoniske enheder, såsom lyse nano-optiske kilder til lysemitterende dioder, nano-optisk switch/multiplekser til optiske integrerede kredsløb, og exciton kondensat enheder, " sagde forskerholdet.

I mellemtiden Professor Ki Kang Kim og Dr. Soo Ho Choi fra Sungkyunkwan University, og professor Hyun Seok Lee fra Chungbuk National University deltog i produktionen af ​​2D-halvledermaterialer, der blev brugt i undersøgelsen. Professor Geunsik Lee og Dr. Yongchul Kim fra Institut for Kemi ved UNIST deltog også i den teoretiske beregning af resultaterne.

Resultaterne af denne forskning er blevet offentliggjort i onlineversionen af Avancerede materialer , forud for tryk, den 11 maj, 2021. Det er også blevet valgt som forside på april-udgaven af ​​tidsskriftet 2021. Udover, kildeteknologien til denne nano-mekaniske strain-engineering fik et officielt patent.