Een onderzoeksteam, onder leiding van professor Kyoung-Duck Park van de afdeling Natuurkunde van UNIST is erin geslaagd de fysieke eigenschappen van natuurlijk gevormde rimpels op nanoschaal in tweedimensionale (2D) halfgeleiders te onderzoeken en te beheersen. Dit is te danken aan hun eerder ontwikkelde hyperspectrale adaptieve tip-enhanced fotoluminescentie (a-TEPL) spectroscopie. Dit zal een grote stap voorwaarts zijn in de ontwikkeling van papierdunne, ultraflexibele schermen.

Rimpels zijn een onvermijdelijke structurele vervorming in 2D halfgeleidermaterialen, die aanleiding geeft tot ruimtelijke heterogeniteit in materiaaleigenschappen, aldus het onderzoeksteam. Dergelijke structurele vervorming wordt al lang beschouwd als een van de belangrijkste technische uitdagingen in de productie van halfgeleiders, omdat dit de uniformiteit in structurele, elektrisch, en optische eigenschappen van halfgeleiders. Daarnaast, omdat de grootte van deze rimpels vrij klein is, de nauwkeurige analyse van hun structurele, optisch, en excitonische eigenschappen was onmogelijk met conventionele spectroscopische instrumenten. "Recente benaderingen van strain-engineering hebben het mogelijk gemaakt om enkele van deze eigenschappen af ​​te stemmen, toch is er geen poging gedaan om de geïnduceerde spanning van natuurlijk gevormde rimpels op nanoschaal te beheersen, terwijl ze tegelijkertijd hun gewijzigde nano-optische eigenschappen onderzoeken, " merkte het onderzoeksteam op.

In dit onderzoek, het onderzoeksteam presenteerde een hyperspectrale TEPL nano-imaging-aanpak, gecombineerd met nano-optomechanische spanningscontrole, om de nano-optische en -excitonische eigenschappen van natuurlijk gevormde rimpels in een WSe2 ML te onderzoeken en te controleren. Met deze benadering konden ze de gewijzigde elektronische eigenschappen en het excitongedrag bij de rimpel onthullen, geassocieerd met de geïnduceerde uniaxiale trekspanning aan de apex. Op basis hiervan, het onderzoeksteam was in staat om de rimpelstructuur te benutten als een platform voor spanningsengineering op nanoschaal. De nauwkeurige controle van de atomaire krachttip stelde hen ook in staat om de excitonische eigenschappen van TMD ML's in de nano-lokale regio's op een volledig omkeerbare manier te ontwikkelen, merkte het onderzoeksteam op.

Het onderzoeksteam presenteerde verder een meer systematisch platform voor dynamische nano-emissiecontrole van de rimpel door programmeerbaar-operationele schakel- en modulatiemodi in tijd en ruimte aan te tonen. "We stellen ons voor dat onze aanpak toegang geeft tot potentiële toepassingen in kwantum-nanofotonische apparaten, zoals heldere nano-optische bronnen voor light-emitting diodes, nano-optische schakelaar/multiplexer voor optische geïntegreerde schakelingen, en excitoncondensaatapparaten, ", aldus het onderzoeksteam.

In de tussentijd, Professor Ki Kang Kim en Dr. Soo Ho Choi van de Sungkyunkwan University, en professor Hyun Seok Lee van de Chungbuk National University namen deel aan de productie van 2D-halfgeleidermaterialen die in het onderzoek werden gebruikt. Professor Geunsik Lee en Dr. Yongchul Kim van de afdeling Scheikunde van UNIST namen ook deel aan de theoretische berekening van de bevindingen.

De bevindingen van dit onderzoek zijn gepubliceerd in de online versie van Geavanceerde materialen , voor afdrukken, op 11 mei, 2021. Het is ook geselecteerd als de voorkant van de uitgave van april 2021 van het tijdschrift. Daarnaast, de brontechnologie van deze nanomechanische strain-engineering kreeg een officieel patent.