Los investigadores hicieron uso de las excepcionales instalaciones de Micronova Nanofabrication Cleanroom. Crédito: Mikko Raskinen/Universidad Aalto
Nuevo estudio publicado en Nature Communications es el primero en mostrar fuertes propiedades ópticas en un material 1D van der Waal.
Cuando los electrones están confinados en espacios muy pequeños, pueden exhibir un comportamiento eléctrico, óptico y magnético inusual. Del confinamiento de electrones en lámina atómica bidimensional grafeno – una hazaña que ganó el Premio Nobel de física en 2010 – hasta restringir aún más los electrones para lograr la unidimensionalidad, esta amplia línea de investigación está transformando el panorama de la investigación fundamental y los avances tecnológicos en física, química, recolección de energía, información y más. .
En un estudio publicado en Nature Communications, un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad Aalto ha descubierto que el fósforo rojo fibroso, cuando los electrones están confinados en sus subunidades unidimensionales, puede mostrar grandes respuestas ópticas, es decir, el material muestra una fuerte fotoluminiscencia bajo la irradiación de luz. El fósforo rojo, como el grafeno, pertenece a un grupo único de materiales llamados materiales unidimensionales de van der Waals (1D vdW). Un material 1D vdW es un tipo de material radicalmente nuevo que se descubrió solo en 2017. Hasta ahora, la investigación sobre materiales 1vdW se ha centrado en las propiedades eléctricas.
El equipo descubrió las propiedades ópticas del fósforo rojo fibroso 1D vdW a través de mediciones como la espectroscopia de fotoluminiscencia, en las que alumbró con luz láser las muestras y midió el color y el brillo de la luz emitida. Los hallazgos muestran que el material 1D vdW muestra respuestas ópticas lineales y no lineales anisotrópicas gigantes; en otras palabras, las respuestas ópticas dependen en gran medida de la orientación del cristal de fósforo fibroso, así como la intensidad de emisión, que se relaciona con la cantidad de fotones emitidos. durante un tiempo especifico.
«La forma en que respondió en los experimentos hace que el fósforo rojo fibroso 1D vdW sea un material realmente interesante. Por ejemplo, muestra respuestas lineales y no lineales anisotrópicas gigantes, así como la intensidad de la emisión, lo cual es sorprendente”, dice el Dr. Luojun Du, investigador postdoctoral en la Universidad Aalto.
La fotoluminiscencia del material, el efecto comúnmente visto en la vida cotidiana en los letreros reflectantes o en los juguetes de los niños que brillan en la oscuridad, cuando la luz se emite después de la absorción, también sorprendió a los investigadores. El equipo comparó la fotoluminiscencia del fósforo rojo fibroso con la monocapa de disulfuro de molibdeno (MoS2), que es bien conocido por su fuerte fotoluminiscencia, y descubrió que la intensidad de la fotoluminiscencia era más de 40 veces más intensa, lo que la hacía ultrabrillante, aunque muy corto.
'La fuerte fotoluminiscencia del fósforo rojo fibroso es inesperada. De hecho, inicialmente esperábamos que la fotoluminiscencia del fósforo rojo fibroso fuera solo débil. Sobre la base de cálculos teóricos, este efecto en realidad no debería ser fuerte, por lo que ahora estamos haciendo más experimentos para aclarar el origen de su resplandor”, dice Du.
“Creo que los materiales unidimensionales de van der Waals, como el fósforo rojo fibroso, son realmente prometedores para las pantallas y otras aplicaciones, que se basan en materiales que demuestran exactamente los comportamientos que hemos visto en este estudio. El espectro de su respuesta óptica anisotrópica también parece ser muy amplio si lo comparamos con las respuestas de los materiales convencionales», afirma el profesor Zhipei Sun, que dirige el grupo responsable del estudio.
Referencia: "Fotónica anisotrópica gigante en el fósforo rojo fibroso semiconductor 1D van der Waals" por Luojun Du, Yanchong Zhao, Linlu Wu, Xuerong Hu, Lide Yao, Yadong Wang, Xueyin Bai, Yunyun Dai, Jingsi Qiao, Md Gius Uddin, Xiaomei Li, Jouko Lahtinen, Xuedong Bai, Guangyu Zhang, Wei Ji y Zhipei Sun, 10 de agosto de 2021, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-021-25104-6
