Vævning af atomare tynde sømme af lys med in-plane heterostrukturer

Forskere fra Tokyo Metropolitan University har udviklet en måde at producere højkvalitets monolag af et udvalg af forskellige overgangsmetal dichalcogenider, som mødes over en atomisk tynd søm. Ved at belægge dette lag med en iongel, en blanding af en ionisk væske og en polymer, kunne de excitere lysemission langs sømmen. Lyset viste sig også at være naturligt cirkulært polariseret, et produkt af den tilpasselige belastning på tværs af grænsen. Deres resultater er offentliggjort i Advanced Functional Materials

Lysemitterende dioder (LED'er) er blevet allestedsnærværende gennem deres revolutionerende indvirkning på næsten alle former for belysning. Men efterhånden som vores behov diversificeres, og ydeevnekravene vokser, er der stadig et klart behov for endnu mere strømeffektive løsninger. En sådan mulighed involverer anvendelsen af ​​in-plane heterostrukturer, hvor ultratynde lag af forskellige materialer er mønstret på overflader for at producere grænser. I tilfælde af LED'er er det her, elektroner og "huller" (mobile hulrum i halvledende materialer) rekombinerer for at producere lys. Effektiviteten, funktionaliteten og anvendelsesområdet for sådanne strukturer bestemmes ikke kun af de anvendte materialer, men af ​​dimensionerne og arten af ​​grænserne, hvilket har ført til megen forskning i at kontrollere deres struktur på nanoskala.

Et team af forskere ledet af lektor Yasumitsu Miyata fra Tokyo Metropolitan University, adjunkt Jiang Pu og professor Taishi Takenobu fra Nagoya University har undersøgt brugen af ​​en klasse af materialer kendt som transition metal dichalcogenides (TMDC'er), en familie af stoffer, der indeholder et gruppe 16 grundstof fra det periodiske system og et overgangsmetal. De har brugt en teknik kendt som kemisk dampaflejring til kontrollerbar aflejring af elementer på overflader for at skabe atomisk tynde monolag; meget af deres arbejde har været at gøre med, hvordan sådanne monolag kan varieres for at skabe mønstre med forskellige regioner lavet af forskellige TMDC'er.

Nu er det lykkedes det samme team at forfine denne teknologi markant. De redesignede deres vækstkammer, så forskellige materialer kunne flyttes tættere på substratet i en fast rækkefølge; de introducerede også tilsætningsstoffer for at ændre fordampningstemperaturen for hver komponent, hvilket muliggjorde optimerede betingelser for vækst af krystallinske lag af høj kvalitet.

Som et resultat, lykkedes det dem at bruge fire forskellige TMDC'er til at skabe seks forskellige typer skarpe, atomisk tynde "sømme". Ydermere, ved at tilføje en iongel, en blanding af en ionisk væske (en væske af positive og negative ioner ved stuetemperatur) og en polymer, kunne en spænding påføres over sømmene for at producere elektroluminescens, det samme grundlæggende fænomen, der ligger til grund for LED'er. Tilpasningen af ​​deres opsætning og den høje kvalitet af deres grænseflader gør det muligt at udforske en bred vifte af permutationer, inklusive forskellige grader af "misfit" eller belastning mellem forskellige TMDC'er.

Interessant nok opdagede holdet, at grænsen mellem et monolag af wolframdiselenid og wolframdisulfid producerede en "hånd" form for lys kendt som cirkulært polariseret lys, et direkte produkt af belastningen ved sømmen. Denne nye grad af kontrol på nanoskala åbner en verden af ​​muligheder for, hvordan deres nye strukturer kan anvendes på rigtige enheder, især inden for kvanteoptoelektronik. + Udforsk yderligere

Atomic 'patchwork' ved hjælp af heteroepitaxy til næste generation af halvlederenheder