Strain engineering verwijst meestal naar een soort materiaalverwerkingstechnologie die tot doel heeft de eigenschappen van materialen te reguleren of de prestaties van gerelateerde apparaten te optimaliseren door inherente of externe spanning. In recente jaren, met de ontwikkeling van 2D-materialen, het onderzoek rond strain engineering van 2D materialen (transition metal dichalcogenides [TMDCs], grafeen, enz.) heeft veel aandacht getrokken. Vergeleken met strain engineering van traditionele bulkmaterialen, de atomaire dikte van 2D-materialen maakt ze geschikter om te dienen als platform voor onderzoek naar spanningsengineering en slaat een brug tussen spanningstechniek en nanofotonica. Vandaar, ze verdienen de aandacht vanuit vele gezichtspunten, van fundamentele fysica tot praktische toepassingen.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Licht:wetenschap en toepassingen , een team van wetenschappers, onder leiding van dokter Dangyuan Lei van het Department of Materials Science and Engineering, Stadsuniversiteit van Hong Kong, China, en collega's hebben een overzichtsartikel geschreven om de recente ontwikkelingen op dit snelgroeiende gebied uitgebreid samen te vatten. In dit overzichtsartikel eerst wordt de traditionele macroscopische spanningsveldentheorie geïntroduceerd. Vervolgens, de bandstructuurveranderingen van gespannen 2-D halfgeleiders (TMDC's) en gespannen grafeen worden besproken, terwijl de optische reacties die worden waargenomen onder verschillende soorten spanningsvelden worden beoordeeld. Vervolgens, dit artikel geeft een samenvatting van de technieken voor spanningsengineering die verschillende soorten spanningen kunnen toepassen op specifieke 2D-materialen. Aan het einde van dit artikel, de diverse toepassingen in optische apparaten, opto-elektronica en andere fotonica-toepassingen worden gepresenteerd, en de bestaande problemen op dit gebied en hun toekomstige ontwikkeling worden geprospecteerd, respectievelijk.

Traditionele stamtechniek richt zich voornamelijk op silicium, germanium en andere 3-D bulkmaterialen, die meestal geen hoge breuksterkte hebben vanwege hun intrinsieke 3D-eigenschappen. Nieuw ontwikkelde 2D-materialen met atomaire dikte (zoals grafeen, TMDC's) zijn nu het veld betreden. Hun stamtechniek is uitgebreid bestudeerd in zowel de wetenschappelijke gemeenschap als de industriële samenleving. Vergeleken met de traditionele 3D-materialen, de 2D-kenmerken van 2D-materialen geven ze een aantal heel andere en nieuwe kenmerken, waardoor hun stamtechniek aantrekkelijker wordt. Deze wetenschappers vatten die unieke eigenschappen van 2D-materialen samen:

"Op basis van de volgende drie punten, we denken dat 2D-materialen een perfect platform zijn voor spanningsengineering:(1) 2D-materialen hebben betere mechanische eigenschappen (vervormingscapaciteit), wat betekent dat ze een grotere spanning kunnen verdragen voordat ze breken in vergelijking met bulkmaterialen; (2) 2D-materialen hebben betere optische eigenschappen vanwege hun sterke excitoneffecten, wat hun verdere toepassingen in fotonica-apparaten ten goede komt; en (3) 2-D materialen hebben meer variabele vervormingspatronen. Dankzij hun atomaire dikte-eigenschappen kunnen ze spanningen buiten het vlak bereiken, wat bijna onmogelijk is in 3D bulkmaterialen, waardoor 2D-materialen meer vervormingspatronen kunnen hebben, zoals uniaxiale en biaxiale rek in het vlak, rimpel, vouw, en gelokaliseerde niet-uniforme stam."

"Omdat de soorten van de toegepaste spanning gevarieerd zijn, de veranderingen van elektrische en optische eigenschappen zijn verschillend. In het algemeen, we kunnen de roodverschoven (blauwverschoven) PL-spectra observeren van de trek (samendrukkende) gespannen 2-D TMDC's. evenzo, we kunnen de verschuiving en splitsing van de Raman-spectra van gespannen grafeen waarnemen. Daarnaast, veel nieuwe optische reacties, zoals 'trechter'-effect, single-photon emissie en afstembare tweede harmonische generatie, ontstaan ​​onder een speciale spanningsverdeling." voegde ze eraan toe.

"Er zijn verschillende technologieën om spanningen toe te passen op 2D-materialen. Op basis van het type geïnduceerde spanning, we hebben ze meestal ingedeeld in drie categorieën, namelijk, de uniaxiale spanningstechnologieën, biaxiale rektechnologieën en lokale rektechnologieën. We moeten meer aandacht besteden aan lokale stamtechnologieën. Ze geven eigenlijk een nieuwe manier om fotonen in een ultraklein gebied te controleren. Tot slot, de flexibiliteit en optische eigenschappen van 2D-materialen (vergeleken met hun omvangrijke tegenhangers) openen de deur voor de ontwikkeling van potentieel belangrijke nieuwe, door spanning ontworpen fotonische toepassingen, ’ concluderen de wetenschappers.