Het veelbelovende nieuwe materiaal molybdeendisulfide (MoS ₂ ) heeft een inherent probleem dat doordrenkt is van ironie. De grootste troef van het materiaal - de monolaagdikte - is ook de grootste uitdaging.

De ultradunne structuur van Monolayer MoS2 is sterk, lichtgewicht, en flexibel, waardoor het een goede kandidaat is voor veel toepassingen, zoals hoogwaardige, flexibele elektronica. Zo'n dun halfgeleidend materiaal, echter, heeft zeer weinig interactie met licht, het gebruik van het materiaal in lichtemitterende en absorberende toepassingen beperken.

"Het probleem met deze materialen is dat ze maar één enkele laag dik zijn, " zei Koray Aydin, assistent-professor elektrotechniek en informatica aan de McCormick School of Engineering van de Northwestern University. "Dus de hoeveelheid materiaal die beschikbaar is voor lichtemissie of lichtabsorptie is zeer beperkt. Om deze materialen te gebruiken voor praktische fotonische en opto-elektrische toepassingen, we moesten hun interactie met licht vergroten."

Aydin en zijn team hebben dit probleem aangepakt door nanotechnologie te combineren, materiaal kunde, en plasmonica, de studie van de interacties tussen licht en metaal. Het team ontwierp en fabriceerde een reeks zilveren nanodiscs en rangschikte ze op een periodieke manier op een vel MoS2. Ze ontdekten niet alleen dat de nanodiscs de lichtemissie verbeterden, maar ze bepaalden de specifieke diameter van de meest succesvolle schijf, dat is 130 nanometer.

"We weten dat deze plasmonische nanostructuren het vermogen hebben om licht aan te trekken en op te vangen in een klein volume, " zei Serkan Butun, een postdoctoraal onderzoeker in het lab van Aydin. "Nu hebben we aangetoond dat het plaatsen van zilveren nanodiscs over het materiaal resulteert in twaalf keer meer lichtemissie."

Het gebruik van de nanostructuren - in tegenstelling tot het gebruik van een continue film om de MoS . te bedekken ₂ —laat het materiaal zijn flexibele aard en natuurlijke mechanische eigenschappen behouden.

Ondersteund door Northwestern's Materials Research Science and Engineering Center en het Institute for Sustainability and Energy in Northwestern, het onderzoek wordt beschreven in het online nummer van maart 2015 van: Nano-letters . Butun is de eerste auteur van het artikel. Sefaatiin Tongay, assistent-professor materiaalkunde en techniek aan de Arizona State University, op voorwaarde dat de monolaag MoS . met een groot oppervlak ₂ materiaal gebruikt in de studie.

Met verbeterde lichtemissie-eigenschappen, MoS ₂ zou een goede kandidaat kunnen zijn voor lichtemitterende diodetechnologieën. De volgende stap van het team is om dezelfde strategie te gebruiken om het lichtabsorptievermogen van het materiaal te vergroten om een ​​beter materiaal voor zonnecellen en fotodetectoren te creëren.

"Dit is een grote stap, maar het is niet het einde van het verhaal, " Zei Aydin. "Er zouden manieren kunnen zijn om de lichtemissie nog verder te verbeteren. Maar, tot dusver, we hebben met succes aangetoond dat het inderdaad mogelijk is om de lichtemissie van een zeer dun materiaal te verhogen."