Atomar dünne Lichtsäume mit In-Plane-Heterostrukturen weben

Forscher der Tokyo Metropolitan University haben eine Methode entwickelt, um qualitativ hochwertige Monoschichten aus einer Auswahl verschiedener Übergangsmetalldichalkogenide herzustellen, die sich über einer atomar dünnen Naht treffen. Indem sie diese Schicht mit einem Ionengel, einer Mischung aus einer ionischen Flüssigkeit und einem Polymer, beschichteten, konnten sie eine Lichtemission entlang der Naht anregen. Es wurde auch festgestellt, dass das Licht natürlich zirkular polarisiert ist, ein Produkt der anpassbaren Belastung über die Grenze. Ihre Ergebnisse werden in veröffentlicht Fortschrittliche Funktionsmaterialien

Leuchtdioden (LEDs) sind durch ihren revolutionären Einfluss auf nahezu alle Beleuchtungsformen allgegenwärtig geworden. Da sich unsere Anforderungen jedoch diversifizieren und die Leistungsanforderungen steigen, besteht nach wie vor ein klarer Bedarf an noch energieeffizienteren Lösungen. Eine solche Option beinhaltet die Anwendung von In-Plane-Heterostrukturen, bei denen ultradünne Schichten aus verschiedenen Materialien auf Oberflächen strukturiert werden, um Grenzen zu erzeugen. Bei LEDs rekombinieren hier Elektronen und „Löcher“ (bewegliche Hohlräume in halbleitenden Materialien), um Licht zu erzeugen. Die Effizienz, Funktionalität und Anwendungsbreite solcher Strukturen werden nicht nur durch die verwendeten Materialien bestimmt, sondern auch durch die Dimensionen und die Beschaffenheit der Grenzen, was zu umfangreicher Forschung zur Steuerung ihrer Struktur im Nanomaßstab geführt hat.

Ein Forscherteam unter der Leitung von Associate Professor Yasumitsu Miyata von der Tokyo Metropolitan University, Assistant Professor Jiang Pu und Professor Taishi Takenobu von der Nagoya University hat die Verwendung einer Klasse von Materialien untersucht, die als Übergangsmetalldichalkogenide (TMDCs) bekannt sind, eine Familie von Substanzen, die ein Element der Gruppe 16 aus dem Periodensystem und ein Übergangsmetall. Sie haben eine Technik verwendet, die als chemische Gasphasenabscheidung bekannt ist, um Elemente kontrollierbar auf Oberflächen abzuscheiden, um atomar dünne Monoschichten zu erzeugen; Ein Großteil ihrer Arbeit bezog sich darauf, wie solche Monoschichten variiert werden können, um Muster mit unterschiedlichen Regionen zu erzeugen, die aus unterschiedlichen TMDCs bestehen.

Jetzt ist es demselben Team gelungen, diese Technologie entscheidend zu verfeinern. Sie gestalteten ihre Wachstumskammer neu, sodass verschiedene Materialien in einer festgelegten Reihenfolge näher an das Substrat herangebracht werden konnten; Sie führten auch Additive ein, um die Verdampfungstemperatur jeder Komponente zu ändern und so optimierte Bedingungen für das Wachstum hochwertiger kristalliner Schichten zu ermöglichen.

Als Ergebnis gelang es ihnen, vier verschiedene TMDCs zu verwenden, um sechs verschiedene Arten von scharfen, atomar dünnen „Nähten“ zu erzeugen. Durch Hinzufügen eines Ionengels, einer Mischung aus einer ionischen Flüssigkeit (eine Flüssigkeit aus positiven und negativen Ionen bei Raumtemperatur) und einem Polymer, könnte eine Spannung über die Nähte angelegt werden, um Elektrolumineszenz zu erzeugen, das gleiche grundlegende Phänomen, das LEDs zugrunde liegt. Die Anpassbarkeit ihres Aufbaus und die hohe Qualität ihrer Schnittstellen ermöglichen es, eine breite Palette von Permutationen zu untersuchen, einschließlich unterschiedlicher Grade von „Fehlanpassungen“ oder Belastungen zwischen verschiedenen TMDCs.

Interessanterweise entdeckte das Team, dass die Grenze zwischen einer Monoschicht aus Wolframdiselenid und Wolframdisulfid eine „übergebene“ Form von Licht erzeugte, die als zirkular polarisiertes Licht bekannt ist, ein direktes Produkt der Dehnung an der Naht. Dieses neue Maß an Kontrolle im Nanomaßstab eröffnet eine Welt voller Möglichkeiten, wie ihre neuen Strukturen auf reale Geräte angewendet werden können, insbesondere auf dem Gebiet der Quanten-Optoelektronik.

Bereitgestellt von der Tokyo Metropolitan University