Nieuwe mogelijkheden voor toekomstige ontwikkelingen in elektronische en optische apparaten zijn ontsloten door recente ontwikkelingen in tweedimensionale (2-D) materialen, volgens onderzoekers van Penn State.

De onderzoekers, geleid door Shengxi Huang, assistent-professor elektrotechniek en biomedische technologie aan Penn State, publiceerde onlangs de resultaten van twee afzonderlijke maar gerelateerde ontdekkingen met betrekking tot hun succes met het veranderen van de dunne 2D-materialen voor toepassingen in veel optische en elektronische apparaten. Door het materiaal op twee verschillende manieren te veranderen - atomair en fysiek - waren de onderzoekers in staat om de lichtemissie te verbeteren en de signaalsterkte te vergroten. de grenzen verleggen van wat mogelijk is met apparaten die afhankelijk zijn van deze materialen.

Bij de eerste methode de onderzoekers wijzigden de atomaire samenstelling van de materialen. In veelgebruikte 2D-materialen, onderzoekers vertrouwen op de interactie tussen de dunne lagen, bekend als van der Waals tussenlaagkoppeling, om ladingsoverdracht te creëren die vervolgens in apparaten wordt gebruikt. Echter, deze koppeling tussen de lagen is beperkt omdat de ladingen traditioneel gelijkmatig zijn verdeeld over de twee zijden van elke laag.

Om de koppeling te versterken, de onderzoekers creëerden een nieuw type 2D-materiaal dat bekend staat als Janus-overgangsmetaaldichalcogeniden door atomen aan één kant van de laag te vervangen door een ander type atomen, het creëren van een ongelijke verdeling van de lading.

"Deze [atomaire verandering] betekent dat de lading ongelijk verdeeld kan worden, Huang zei. "Dat creëert een elektrisch veld in het vliegtuig, en kan daardoor verschillende moleculen aantrekken, die de lichtemissie kan verbeteren."

Ook, als van der Waals tussenlaagkoppeling op het juiste niveau kan worden afgestemd door lagen met een bepaalde hoek te draaien, het kan supergeleiding induceren, met implicaties voor de vooruitgang in elektronische en optische apparaten.

Bij de tweede methode om 2D-materialen te veranderen om hun mogelijkheden te verbeteren, de onderzoekers versterkten het signaal dat het gevolg was van een energie-upconversieproces door een laag MoS2 te nemen een gewoon 2D-materiaal dat meestal plat en dun is, en rol het in een ongeveer cilindrische vorm.

Het energieomzettingsproces dat plaatsvindt met het MoS2-materiaal maakt deel uit van een niet-lineair optisch effect waarbij, als een licht in een object schijnt, de frequentie wordt verdubbeld, dat is waar de energieconversie binnenkomt.

"We willen in dit proces altijd de frequentie verdubbelen, " zei Huang. "Maar het signaal is meestal erg zwak, dus het versterken van het signaal is erg belangrijk."

Door het materiaal te rollen, de onderzoekers bereikten een signaalverbetering van meer dan 95 keer.

Nutsvoorzieningen, Huang is van plan om deze twee vorderingen samen te voegen.

"De volgende stap voor ons onderzoek is het beantwoorden van de vraag hoe we atoomtechniek en vormtechniek kunnen combineren om betere optische apparaten te maken. " ze zei.

Een paper over het onderzoek van de atomaire structuur, "Verbetering van Van der Waals-tussenlaagkoppeling door Polar Janus MoSSe, " werd onlangs gepubliceerd in de Tijdschrift van de American Chemical Society (ACS). Het artikel over het onderzoek naar het rollen van materialen, "Chiraliteitsafhankelijke tweede harmonische generatie van MoS2Nanoscroll met verbeterde efficiëntie, " is onlangs gepubliceerd in ACS Nano .