Endimensionelt rødt fosfor lyser på uventede måder

Når elektroner er indespærret i meget små rum, de kan udvise usædvanlige elektriske, optisk og magnetisk adfærd. Fra at begrænse elektroner i todimensionelt atomark grafen - en bedrift, der vandt Nobelprisen i fysik i 2010 - til at begrænse elektroner endnu mere for at opnå en-dimensionalitet, denne brede forskningslinje forvandler landskabet af grundforskning og teknologiske fremskridt inden for fysik, kemi, energihøst, information og mere.

I en undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation , et internationalt hold ledet af Aalto Universitetets forskere har nu fundet ud af, at fibrøst rødt fosfor, når elektroner er indespærret i dets endimensionelle underenheder, kan vise store optiske responser - dvs. materialet viser kraftig fotoluminescens under lysbestråling. Rødt fosfor, som grafen, tilhører en unik gruppe af materialer kaldet endimensionelle van der Waals (1D vdW) materialer. Et 1D vdW-materiale er en radikalt ny type materiale, som først blev opdaget i 2017. Indtil nu, forskning i 1vdW materialer har fokuseret på elektriske egenskaber.

Holdet afslørede de optiske egenskaber af 1D vdW fibrøst rødt fosfor gennem målinger som fotoluminescensspektroskopi, hvor de lyste laserlys på prøverne og målte farven og lysstyrken af ​​det lys, der blev udsendt tilbage. Resultaterne viser, at 1D vdW-materialet demonstrerer gigantiske anisotropiske lineære og ikke-lineære optiske responser - med andre ord, de optiske reaktioner afhænger stærkt af orienteringen af ​​den fibrøse fosforkrystal – såvel som emissionsintensitet, som relaterer sig til antallet af fotoner, der udsendes i løbet af et bestemt tidsrum.

"Måden den reagerede på i eksperimenterne gør 1D vdW fibrøst rødt fosfor til et rigtig spændende materiale. F.eks. den viser både gigantiske anisotropiske lineære og ikke-lineære reaktioner samt emissionsintensitet, hvilket er slående, " siger Dr. Luojun Du, en postdoc-forsker ved Aalto Universitet.

Materialets fotoluminescens - den effekt, der almindeligvis ses i hverdagen i reflekterende skilte eller børns glød-i-mørke-legetøj, når der udsendes lys efter absorption – slog også forskerne overraskende. Holdet sammenlignede fotoluminescensen af ​​fibrøst rødt fosfor med monolag molybdændisulfid (MoS2), som er kendt for sin stærke fotoluminescens, og fandt, at intensiteten af ​​fotoluminescensen var mere end 40 gange mere intens, hvilket gør det ultralys – omend meget kortvarigt.

"Den stærke fotoluminescens af fibrøst rødt fosfor er uventet. Faktisk, vi forventede oprindeligt, at fotoluminescensen af ​​fibrøst rødt fosfor kun ville være svag. Baseret på teoretiske beregninger, denne effekt burde faktisk ikke være stærk, så vi laver nu flere eksperimenter for at afklare oprindelsen af ​​dens efterglød, " siger Du.

"Jeg tror på, at endimensionelle van der Waals-materialer som fibrøst rødt fosfor viser virkelig løfte til skærme og andre applikationer, som er afhængige af materialer, der demonstrerer præcis den adfærd, vi har set i denne undersøgelse. Spektret af dets anisotrope optiske respons synes også at være meget bredt, hvis vi sammenligner det med svar fra konventionelle materialer, " siger professor Zhipei Sun, som leder gruppen bag undersøgelsen.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Naturkommunikation den 10. august 2021.