Onderzoekers van de Low Energy Electronic Systems (LEES) Interdisciplinary Research Group (IRG) bij Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), MIT's onderzoeksonderneming in Singapore samen met het Massachusetts Institute of Technology (MIT) en de National University of Singapore (NUS), hebben een nieuwe manier ontdekt om de lichtemissie van materialen te beheersen.

Het beheersen van de eigenschappen van materialen is de drijvende kracht achter de meeste moderne technologieën - van zonnepanelen, computers, slimme voertuigen of levensreddende ziekenhuisapparatuur. Maar materiaaleigenschappen worden traditioneel aangepast op basis van hun samenstelling, structuur, en soms grootte, en de meeste praktische apparaten die licht produceren of genereren, gebruiken lagen materialen van verschillende samenstellingen die vaak moeilijk te kweken zijn.

De doorbraak van SMART-onderzoekers en hun medewerkers biedt een nieuwe paradigmaverschuivende benadering om de optische eigenschappen van technologisch relevante materialen af ​​te stemmen door de draaihoek tussen gestapelde films te veranderen, op kamertemperatuur. Hun bevindingen kunnen een enorme impact hebben op verschillende toepassingen in de medische, biologisch, en kwantuminformatievelden. Het team legt hun onderzoek uit in een paper getiteld "Tunable Optical Properties of Thin Films Controlled by the Interface Twist Angle", onlangs gepubliceerd in het prestigieuze tijdschrift Nano-letters .

"Een aantal nieuwe fysieke fenomenen - zoals onconventionele supergeleiding - zijn recentelijk ontdekt door individuele lagen van atomair dunne materialen op elkaar te stapelen onder een draaihoek, wat resulteert in de vorming van wat we moiré-superroosters noemen, " zegt de corresponderende auteur van het artikel, Professor Silvija Gradecak van het Department of Materials Science and Engineering bij NUS en Principal Investigator bij SMART LEES. "De bestaande methoden zijn gericht op het stapelen van alleen dunne afzonderlijke monolagen film, wat arbeidsintensief is, terwijl onze ontdekking ook van toepassing zou zijn op dikke films, waardoor het proces van materiaalontdekking veel efficiënter zou zijn."

Hun onderzoek kan ook zinvol zijn voor de ontwikkeling van de fundamentele fysica op het gebied van "twistronica" - de studie van hoe de hoek tussen lagen van tweedimensionale materialen hun elektrische eigenschappen kan veranderen. Professor Gradecak wijst erop dat het veld zich tot nu toe heeft gericht op het stapelen van individuele monolagen, die zorgvuldige exfoliatie vereist en kan lijden aan ontspanning door een verwrongen toestand, waardoor hun praktische toepassingen worden beperkt. De ontdekking van het team zou dit baanbrekende twist-gerelateerde fenomeen ook toepasbaar kunnen maken op dikke-filmsystemen, die gemakkelijk te manipuleren en industrieel relevant zijn.

"Onze experimenten toonden aan dat dezelfde verschijnselen die leiden tot de vorming van moiré-superroosters in tweedimensionale systemen kunnen worden vertaald om optische eigenschappen van driedimensionale, bulkachtig hexagonaal boornitride (hBN) zelfs bij kamertemperatuur, " zei Hae Yeon Lee, de hoofdauteur van het papier en een Materials Science and Engineering Ph.D. kandidaat aan het MIT. "We ontdekten dat zowel de intensiteit als de kleur van gestapelde, dikke hBN-films kunnen continu worden afgestemd door hun relatieve draaihoeken en de intensiteit kan meer dan 40 keer worden verhoogd."

De onderzoeksresultaten openen een nieuwe manier om optische eigenschappen van dunne films te controleren die verder gaan dan de conventioneel gebruikte structuren, vooral voor toepassingen in de geneeskunde, milieu- of informatietechnologieën.