Сплетение атомарно тонких световых швов с плоскостными гетероструктурами
Исследователи из Токийского столичного университета разработали способ производства высококачественных монослоев различных дихалькогенидов переходных металлов, которые соединяются атомарно тонким швом. Покрывая этот слой ионным гелем, смесью ионной жидкости и полимера, они могли возбудить световое излучение вдоль шва. Также было обнаружено, что свет имеет естественную циркулярную поляризацию, что является результатом настраиваемой деформации через границу. Их результаты опубликованы в Advanced Functional Materials.
Монослои диселенида и дисульфида вольфрама объединяются атомарно тонким швом в плоскостную гетероструктуру. Предоставлено: Токийский столичный университет.
Светоизлучающие диоды (LED) стали повсеместными благодаря их революционному воздействию практически на все формы освещения. Но по мере диверсификации наших потребностей и роста требований к производительности по-прежнему существует явная потребность в еще более энергоэффективных решениях. Один из таких вариантов включает в себя применение гетероструктур в плоскости, где ультратонкие слои различных материалов наносятся на поверхности для создания границ. В случае со светодиодами именно здесь электроны и «дырки» (подвижные пустоты в полупроводниковых материалах) рекомбинируют, производя свет. Эффективность, функциональность и область применения таких структур определяются не только используемыми материалами, но и размерами и характером границ, что привело к большому количеству исследований по управлению их структурой на наноуровне.
Группа исследователей под руководством доцента Ясумицу Мията из Токийского столичного университета, доцента Цзян Пу и профессора Тайши Такенобу из Университета Нагоя изучала использование класса материалов, известных как дихалькогениды переходных металлов (TMDC), семейство веществ, содержащих элемент 16 группы периодической таблицы и переходный металл. Они использовали метод, известный как химическое осаждение из паровой фазы, для контролируемого осаждения элементов на поверхности для создания атомарно тонких монослоев; большая часть их работы была связана с тем, как можно варьировать такие монослои для создания паттернов с разными областями, состоящими из разных TMDC.
(слева) Области дисульфида и диселенида вольфрама, наблюдаемые с помощью оптической микроскопии. (справа) Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия (STEM) изображение границы между двумя разными TMDC. Предоставлено: Токийский столичный университет.
(слева) Оптическое микроскопическое изображение плоскостной гетероструктуры с двумя прикрепленными электродами. (справа) После подачи напряжения видно, что свет излучается на границе раздела двух разных TMDC. Предоставлено: Токийский столичный университет.
Положительные и отрицательные ионы в ионной жидкости подвижны, даже если полимерная сетка сохраняет жесткость геля. Когда прикладывается напряжение, ионы мигрируют и вызывают перенос электронов и дырок, которые, в свою очередь, рекомбинируют на границе раздела, создавая свет. Предоставлено: Токийский столичный университет.
Теперь той же команде удалось значительно усовершенствовать эту технологию. Они перепроектировали свою камеру для выращивания, чтобы различные материалы можно было перемещать ближе к подложке в заданной последовательности; они также ввели добавки для изменения температуры испарения каждого компонента, что позволило оптимизировать условия для роста высококачественных кристаллических слоев.
В результате им удалось с помощью четырех различных TMDC создать шесть различных типов острых атомарно тонких «швов». Кроме того, добавляя ионный гель, смесь ионной жидкости (жидкости положительных и отрицательных ионов при комнатной температуре) и полимера, можно было бы прикладывать напряжение к швам для получения электролюминесценции, того же основного явления, лежащего в основе светодиодов. Настраиваемость их настройки и высокое качество их интерфейсов позволяют исследовать широкий спектр перестановок, включая различные степени «несоответствия» или напряжения между различными TMDC.
Интересно, что группа ученых обнаружила, что граница между монослоем диселенида вольфрама и дисульфида вольфрама создает «направленную» форму света, известную как циркулярно поляризованный свет, являющийся прямым продуктом напряжения в шве. Эта новая степень контроля на наноуровне открывает целый мир возможностей применения их новых структур в реальных устройствах, особенно в области квантовой оптоэлектроники.
