Voor de eerste keer, wetenschappers hebben enkele lagen gemaakt van een natuurlijk voorkomend zeldzaam mineraal genaamd wolfsteniet, of WS ₂ . Het resulterende vel van gestapelde zwavel- en wolfraamatomen vormt een honingraatpatroon van driehoeken waarvan is aangetoond dat ze ongebruikelijk licht uitstralend, of fotoluminescent, eigendommen. Volgens teamleider Mauricio Terrones, een professor in de natuurkunde en materiaalwetenschappen en techniek aan Penn State, de driehoekige structuren hebben potentiële toepassingen in optische technologie; bijvoorbeeld, voor gebruik in lichtdetectoren en lasers. De resultaten van het onderzoek zullen worden gepubliceerd in een gedrukte editie van het tijdschrift Nano-letters .

Terrones legde uit dat het creëren van monolagen - enkele, lagen van één atoom dik - is van speciaal belang voor wetenschappers omdat bekend is dat de chemische eigenschappen van mineralen en andere stoffen veranderen afhankelijk van hun atomaire dikte, de deur openen naar potentieel nuttige toepassingen van meerlagige materialen van verschillende diktes. In eerder onderzoek is wetenschappers waren erin geslaagd een monolaag van grafeen te maken - een stof die lijkt op het grafiet dat wordt aangetroffen in potloodstiften. "De techniek die deze onderzoekers gebruikten was vervelend, maar het werkte, "Zei Terrones. "Ze hebben in feite verwijderd, of geëxfolieerd, het grafeen, laag voor laag, met plakband, totdat ze tot een enkel atoom van dikte kwamen."

Nutsvoorzieningen, Voor de eerste keer, Terrones en zijn team hebben een gecontroleerde thermische reductie-sulfurisatiemethode - of chemische dampafzetting - gebruikt om hetzelfde te bereiken met een zeldzaam mineraal genaamd wolfsteniet. De wetenschappers begonnen met het afzetten van kleine kristallen van wolfraamoxide, die minder dan een nanometer hoog zijn, en vervolgens lieten ze de kristallen door zwaveldamp van 850 graden Celsius gaan. Dit proces leidde tot afzonderlijke lagen - of vellen - die uit één atoom dik waren samengesteld. De resulterende structuur, wolfraamdisulfide genaamd, is een honingraatpatroon van driehoeken bestaande uit wolfraamatomen gebonden aan zwavelatomen.

"Een van de meest opwindende eigenschappen van de wolfraamdisulfide-monolaag is de fotoluminescentie, " zei Terrones. Terrones legde uit dat fotoluminescentie optreedt wanneer een stof licht op één golflengte absorbeert en dat licht opnieuw uitstraalt op een andere golflengte. De eigenschap van fotoluminescentie komt ook voor bij bepaalde bioluminescente dieren zoals zeeduivels en vuurvliegjes. "Een interessante ontdekking van ons werk is het feit dat we de sterkste fotoluminescentie zien aan de randen van de driehoeken, precies waar de chemie van de atomen verandert, met veel minder fotoluminescentie in het midden van de driehoeken, " Zei Terrones. "We hebben ook ontdekt dat deze nieuwe monolagen luminesceren bij kamertemperatuur. Er zijn dus geen speciale temperatuureisen nodig om het materiaal deze eigenschap te laten vertonen."

Co-auteur Vincent H. Crespi, Distinguished Professor in de natuurkunde, Scheikunde, en materiaalwetenschappen en engineering aan Penn State, toegevoegd, "De afbeeldingen van de fotoluminescentie zijn prachtig; de driehoeken lichten rondom hun randen op als kleine kerstversieringen - vakantieornamenten met potentieel transformerende, langetermijntoepassingen in nano-optica."

Het onderzoek heeft veel potentiële toepassingen op het gebied van optische lichtdetectie, de productie van lichtgevende dioden, en zelfs lasertechnologie. De onderzoekers zijn ook van plan om de technologie voor chemische dampafzetting te proberen om innovatieve monolagen te laten groeien met behulp van andere gelaagde materialen met potentieel nuttige toepassingen.