Door micropatronen op nanomaterialen te 'tekenen' met behulp van een gefocusseerde laserstraal, wetenschappers kunnen eigenschappen van nanomaterialen aanpassen voor effectieve toepassingen in fotonische en opto-elektrische toepassingen

De uitdagingen waarmee onderzoekers worden geconfronteerd bij het wijzigen van eigenschappen van nanomaterialen voor toepassing in apparaten, kunnen worden aangepakt met een eenvoudige techniek, dankzij recente innovatieve studies uitgevoerd door wetenschappers van de National University of Singapore (NUS).

Door het gebruik van een eenvoudige, efficiënte en goedkope techniek met een gerichte laserstraal, twee NUS-onderzoeksteams, onder leiding van professor Sow Chorng Haur van de afdeling Natuurkunde van de NUS Faculty of Science, aangetoond dat de eigenschappen van twee verschillende soorten materialen kunnen worden gecontroleerd en gewijzigd, en bijgevolg, hun functionaliteiten kunnen worden verbeterd.

Zei Prof Sow, "In onze kinderjaren de meesten van ons hebben waarschijnlijk de ervaring om op een zonnige dag een vergrootglas naar buiten te brengen en hebben geprobeerd het zonlicht op een stuk papier te concentreren om het papier te verbranden. Zo'n eenvoudige aanpak blijkt een zeer veelzijdig hulpmiddel in het onderzoek. In plaats van het zonlicht te focussen, we kunnen de laserstraal concentreren op een breed scala aan nanomaterialen en de effecten van de gefocusseerde laserstraal op deze materialen bestuderen."

Micropatronen 'getekend' op MoS2-films kunnen de elektrische geleidbaarheid en fotogeleiding verbeteren

Molybdeendisulfide (MoS2), een klasse overgangsmetaal dichalcogenide verbinding, heeft veel aandacht getrokken als een opkomend tweedimensionaal (2D) materiaal vanwege de brede erkenning van het potentieel in en opto-elektronica. Een van de vele fascinerende eigenschappen van 2D MoS2-film is dat de eigenschappen ervan afhangen van de dikte van de film. In aanvulling, zijn eigenschappen kunnen worden gewijzigd zodra de film chemisch is gewijzigd. Daarom is een van de uitdagingen op dit gebied de mogelijkheid om microdevices te maken uit de MoS2-film die componenten met verschillende diktes of chemische aard omvat.

Om deze technologische uitdaging aan te gaan, Prof. Sow, Dr. Lu Junpeng, een postdoctorale kandidaat van het departement Natuurkunde van de NUS-faculteit Bètawetenschappen, en hun teamleden, maakte gebruik van een optische microscoop-gerichte laserstraalopstelling om micropatronen rechtstreeks op MoS2-films met een groot oppervlak te 'tekenen' en om de films te verdunnen.

Met deze eenvoudige en goedkope aanpak, de wetenschappers waren in staat om de gefocusseerde laserstraal te gebruiken om selectief patronen op elk gebied van de film te 'tekenen' om de eigenschappen van het gewenste gebied te wijzigen, in tegenstelling tot andere huidige methoden waarbij de hele film wordt gewijzigd.

interessant, ze ontdekten ook dat de elektrische geleidbaarheid en fotogeleiding van het gemodificeerde materiaal respectievelijk meer dan 10 keer en ongeveer vijf keer waren toegenomen. Het onderzoeksteam fabriceerde een fotodetector met behulp van lasergemodificeerde MoS2-film en demonstreerde de superieure prestaties van MoS2 voor een dergelijke toepassing.

Deze innovatie werd voor het eerst online gepubliceerd in het tijdschrift ACS Nano op 24 mei 2014.

Verborgen afbeeldingen 'getekend' door gerichte laserstraal op silicium nanodraden kunnen optische functionaliteiten verbeteren

In een verwante studie gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschappelijke rapporten op 13 mei 2014, Prof Sow leidde een ander team van onderzoekers van de NUS Faculty of Science, in samenwerking met wetenschappers van de Hong Kong Baptist University, om te onderzoeken hoe het 'tekenen' van micropatronen op mesoporeuze silicium nanodraden de eigenschappen van nanodraden zou kunnen veranderen en hun toepassingen zou kunnen bevorderen.

Het team scande snel een gefocusseerde laserstraal op een reeks mesoporeuze silicium nanodraden, die dicht opeengepakt zijn als de dicht geweven draden van een tapijt. Ze ontdekten dat de gefocusseerde laserstraal de optische eigenschappen van de nanodraden kon wijzigen, waardoor ze groenblauw fluorescentielicht uitstralen. Dit is de eerste waarneming van een dergelijk door laser gemodificeerd gedrag van de mesoporeuze siliciumnanodraden die wordt gerapporteerd.

De onderzoekers bestudeerden systematisch de laser-geïnduceerde modificatie om inzicht te krijgen in het verkrijgen van controle over de optische eigenschappen van de mesoporeuze silicium nanodraden. Hun begrip stelde hen in staat om een ​​grote verscheidenheid aan micropatronen met verschillende optische functionaliteiten te 'tekenen' met behulp van de gefocusseerde laserstraal.

Om hun bevindingen op de proef te stellen, de onderzoekers ontwikkelden de functionele componenten van de nanodraden met interessante toepassingen. Het onderzoeksteam toonde aan dat de micropatronen die met een laag laservermogen zijn gemaakt, onzichtbaar zijn onder een optische microscoop met helder veld, maar duidelijk worden onder een fluorescentiemicroscoop, die de haalbaarheid van verborgen afbeeldingen aangeeft.

Verder onderzoek

Het snelgroeiende gebied van elektronica en opto-elektronica vereist nauwkeurige materiaalafzetting met toepassingsspecifieke optische, elektrisch, chemisch, en mechanische eigenschappen.

Om materialen te ontwikkelen met eigenschappen die kunnen voldoen aan de eisen van de industrie, Prof. Sow, samen met zijn team van onderzoekers, zal de veelzijdige gerichte laserstraaltechniek uitbreiden naar meer nanomaterialen. In aanvulling, ze gaan kijken naar verdere verbetering van de eigenschappen van MoS2 en mesoporeus silicium met verschillende technieken.