NUS-fysici hebben ontdekt dat gouden nanodeeltjes de lichtemissie van wolfraamdisulfide (WS2)-vlokken kunnen verbeteren en minieme veranderingen in de materiaalsamenstelling kunnen onthullen.

Tweedimensionale (2-D) overgangsmetaal dichalcogeniden (TMD's) vertonen een groot potentieel als sensoren en opto-elektronische apparaten omdat ze in staat zijn om sterke optische (fluorescerende) signalen te vertonen. Wolfraamdisulfide (WS2), een soort TMD, heeft sterke optische eigenschappen die gevoelig zijn voor de structurele en chemische samenstelling. Methoden om de fluorescerende eigenschappen te functionaliseren zijn van belang, want als de sensoractie resulteert in een kleurverandering in het materiaal, het wordt gemakkelijker voor de gebruiker om het te detecteren. Deze fluorescentie is te wijten aan de recombinatie van elektron-gatparen in de 2-D TMD's, die ook een bijbehorende elektrische respons hebben die kan worden gebruikt voor mogelijke opto-elektronische toepassingen.

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof SOW Chorng Haur, van het departement Natuurkunde, NUS heeft ontdekt dat de toevoeging van gouden nanodeeltjes (Au NP's) aan WS2 de fluorescentie-emissies ervan versterkt, met de hogere lichtintensiteit gedomineerd door excitonen. De Au NP's gedragen zich ook als nano-ontdekkingsreizigers, het vertonen van voorkeur, site-selectieve decoratie die interessante fluorescerende patronen in de WS2-monolagen in kaart brengt! Deze patronen zijn totaal onverwacht omdat de onderzoekers aanvankelijk dachten dat de Au NP's zich willekeurig over het materiaal zouden verspreiden.

Prof Sow zei, "Ongerepte WS2-monolagen vertonen een veelvoud aan emissies van verschillende excitonen. Wanneer Au NP's worden toegevoegd, het elektrische veld van licht kan zich koppelen aan de oppervlakte-elektronen op de nanodeeltjes. Het WS2-molecuul profiteert van deze verbeterde interactie om een ​​helderdere fluorescentie te produceren."

Prof Sow heeft toegevoegd, "Het meest opmerkelijke, de Au NP's transformeren het fluorescerende signaal van WS2 dat meerdere pieken en componenten heeft in een signaal met een goed gedefinieerde piek. De extra pieken kunnen worden toegeschreven aan negatieve trions, Dit zijn excitonen die sterk geassocieerd zijn met een elektron. Met hun sterke affiniteit voor elektronen, de Au NP's die op de n-type WS2-monovlok zijn gedecoreerd, kunnen de elektronendichtheid in de WS2-monovlok effectief uitputten en de vorming van trionen onderdrukken. Dit kan handig zijn voor toepassingen die licht nodig hebben met een smal golflengteprofiel."