Ændring af en 2D-materialesymmetri kan låse op for løftet

Optoelektroniske materialer, der er i stand til at omdanne lysets energi til elektricitet, og elektricitet til lys, har lovende anvendelser som lysemitterende, energihøst, og sanseteknologier. Imidlertid, enheder lavet af disse materialer er ofte plaget af ineffektivitet, miste betydelig nyttig energi som varme. For at bryde de nuværende grænser for effektivitet, der er behov for nye principper for lys-elektricitetskonvertering.

For eksempel, mange materialer, der udviser effektive optoelektroniske egenskaber, er begrænset af inversionssymmetri, en fysisk egenskab, der begrænser ingeniørers kontrol over elektroner i materialet og deres muligheder for at designe nye eller effektive enheder. I forskning offentliggjort i dag i Natur nanoteknologi , et team af materialeforskere og ingeniører, ledet af Jian Shi, en lektor i materialevidenskab og teknik ved Rensselaer Polytechnic Institute, brugte en deformationsgradient for at bryde den inversionssymmetri, skabe et nyt optoelektronisk fænomen i det lovende materiale molybdændisulfid (MoS ₂ )-for første gang.

For at bryde inversionssymmetrien, holdet placerede et vanadiumoxid (VO ₂ ) ledning under et ark MoS ₂ . Molybdændisulfid er et fleksibelt materiale, Shi sagde, så den deformerede sin oprindelige form for at følge kurven for VO ₂ tråd, skabe en gradient inden i dets krystalgitter. Forestil dig, hvad der ville ske, hvis du placerede et stykke papir over en blyant, der sad på et bord. Den varierede spænding, der skabes i papiret, er som belastningsgradienten dannet i MoS ₂ gitter.

Den gradient, Shi sagde, bryder materialets inversionssymmetri og gør det muligt at manipulere elektroner, der bevæger sig i krystallen. Den unikke foto-respons observeret nær deformationsgradienten tillader en strøm at strømme gennem materialet. Det er kendt som den flexo-fotovoltaiske effekt, og det kunne udnyttes til at designe ny og/eller højeffektiv optoelektronik.

"Dette er den første demonstration af en sådan effekt i dette materiale, " sagde Shi. "Hvis vi har en løsning, der ikke skaber varme under foton-elektricitetskonvertering, så kunne de elektroniske enheder eller kredsløb forbedres."

Vanadiumoxid er meget følsomt over for temperatur, så holdet var også i stand til at demonstrere, at den flexo-fotovoltaiske effekt medførte temperaturafhængighed på det sted, hvor MoS ₂ og VO ₂ materialer mødes - ændrer gitterets gradient i overensstemmelse hermed.

"Denne opdagelse foreslår et nyt princip, der kunne bruges til termisk fjernmåling, " sagde Jie Jiang, en postdocstipendiat i Shis laboratorium og den første forfatter på dette papir.

Hvad holdet var i stand til at demonstrere her, Shi sagde, ikke kun viser store løfter for dette materiale, men foreslår også potentialet ved at bruge en sådan tilgang til at konstruere andre materialer med gunstige optoelektroniske egenskaber, der er plaget af inversionssymmetri.