Wanneer elektronen in zeer kleine ruimtes zijn opgesloten, ze kunnen ongebruikelijke elektrische, optisch en magnetisch gedrag. Van het opsluiten van elektronen in tweedimensionaal atoomblad grafeen - een prestatie die in 2010 de Nobelprijs voor natuurkunde won - tot het nog verder beperken van elektronen om eendimensionaliteit te bereiken, deze brede onderzoekslijn transformeert het landschap van fundamenteel onderzoek en technologische vooruitgang in de natuurkunde, scheikunde, energie oogsten, informatie en daarbuiten.

In een studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , een internationaal team onder leiding van onderzoekers van de Aalto University heeft nu ontdekt dat vezelig rood fosfor, wanneer elektronen zijn opgesloten in zijn eendimensionale subeenheden, kan grote optische reacties vertonen, dat wil zeggen het materiaal vertoont sterke fotoluminescentie onder lichte bestraling. rode fosfor, zoals grafeen, behoort tot een unieke groep materialen die eendimensionale van der Waals (1D vdW) materialen worden genoemd. Een 1D vdW-materiaal is een radicaal nieuw type materiaal dat pas in 2017 werd ontdekt. onderzoek naar 1vdW materialen heeft zich gericht op elektrische eigenschappen.

Het team ontdekte de optische eigenschappen van 1D vdW vezelige rode fosfor door middel van metingen zoals fotoluminescentiespectroscopie, waar ze laserlicht op de monsters schenen en de kleur en helderheid van het teruggestraalde licht maten. De bevindingen tonen aan dat het 1D vdW-materiaal gigantische anisotrope lineaire en niet-lineaire optische reacties vertoont, met andere woorden, de optische reacties zijn sterk afhankelijk van de oriëntatie van het vezelachtige fosforkristal, evenals van de emissie-intensiteit, die betrekking heeft op het aantal fotonen dat gedurende een bepaalde tijd wordt uitgezonden.

"De manier waarop het in de experimenten reageerde, maakt 1D vdW vezelachtige rode fosfor een heel opwindend materiaal. het toont zowel gigantische anisotrope lineaire en niet-lineaire reacties als emissie-intensiteit, wat opvallend is, " zegt Dr. Luojun Du, een postdoctoraal onderzoeker aan de Aalto University.

De fotoluminescentie van het materiaal - het effect dat in het dagelijks leven vaak wordt gezien in reflecterende borden of oplichtend speelgoed voor kinderen, wanneer licht wordt uitgestraald na absorptie - verraste de onderzoekers ook. Het team vergeleek de fotoluminescentie van vezelige rode fosfor met monolaag molybdeendisulfide (MoS2), die bekend staat om zijn sterke fotoluminescentie, en ontdekte dat de intensiteit van de fotoluminescentie meer dan 40 keer intenser was, waardoor het ultrahelder is, zij het heel kort.

"De sterke fotoluminescentie van vezelige rode fosfor is onverwacht. we verwachtten aanvankelijk dat de fotoluminescentie van vezelig rood fosfor slechts zwak zou zijn. Op basis van theoretische berekeningen, dit effect zou eigenlijk niet sterk moeten zijn, dus we doen nu meer experimenten om de oorsprong van de nagloeiing te verduidelijken, " zegt Du.

"Ik geloof dat eendimensionale Van der Waals-materialen zoals vezelig rood fosfor een echte belofte zijn voor displays en andere toepassingen, die afhankelijk zijn van materialen die precies het gedrag vertonen dat we in deze studie hebben gezien. Het spectrum van zijn anisotrope optische respons lijkt ook erg breed te zijn als we het vergelijken met reacties van conventionele materialen, " zegt professor Zhipei Sun, die de groep achter het onderzoek leidt.

De studie is gepubliceerd in Natuurcommunicatie op 10 augustus 2021.