Дослідники використали виняткові можливості Micronova Nanofabrication Cleanroom. Авторство: Мікко Раскінен/Університет Аалто
Нове дослідження, опубліковане в Природа зв'язку є першим, хто продемонстрував сильні оптичні властивості в одновимірному матеріалі Ван-дер-Ваала.
Коли електрони обмежені в дуже маленькому просторі, вони можуть проявляти незвичайну електричну, оптичну та магнітну поведінку. Від утримання електронів у двовимірному атомному листі графен – досягнення, яке принесло Нобелівську премію з фізики в 2010 році – до ще більшого обмеження електронів для досягнення одновимірності, цей широкий напрямок досліджень перетворює ландшафт фундаментальних досліджень і технологічних досягнень у фізиці, хімії, зборі енергії, інформації тощо. .
У дослідженні, опублікованому в Природа зв'язку, міжнародна група під керівництвом дослідників Університету Аалто тепер виявила, що волокнистий червоний фосфор, коли електрони обмежені в його одновимірних субодиницях, може демонструвати великі оптичні відгуки, тобто матеріал демонструє сильну фотолюмінесценцію під світловим опроміненням. Червоний фосфор, як і графен, належить до унікальної групи матеріалів, які називаються одновимірними матеріалами Ван-дер-Ваальса (1D vdW). Матеріал 1D vdW — це радикально новий тип матеріалу, який був відкритий лише в 2017 році. Досі дослідження матеріалів 1vdW були зосереджені на електричних властивостях.
Команда виявила оптичні властивості 1D vdW волокнистого червоного фосфору за допомогою таких вимірювань, як фотолюмінесцентна спектроскопія, де вони освітлювали лазерне світло на зразки та вимірювали колір і яскравість світла, випромінюваного у відповідь. Отримані дані показують, що матеріал 1D vdW демонструє гігантські анізотропні лінійні та нелінійні оптичні відгуки – іншими словами, оптичні відгуки сильно залежать від орієнтації волокнистого кристала фосфору – а також інтенсивності випромінювання, яка пов’язана з кількістю випущених фотонів. протягом певного часу.
«Те, як він відреагував на експерименти, робить 1D vdW волокнистий червоний фосфор справді захоплюючим матеріалом. Наприклад, він показує як гігантські анізотропні лінійні, так і нелінійні відгуки, а також інтенсивність випромінювання, що вражає», — говорить доктор Луоцзюнь Ду, докторант з Університету Аалто.
Фотолюмінесценція матеріалу – ефект, який зазвичай спостерігається в повсякденному житті у світловідбиваючих знаках або дитячих іграшках, що світяться в темряві, коли світло випромінюється після поглинання – також здивувало дослідників. Команда порівняла фотолюмінесценцію волокнистого червоного фосфору з моношаровим дисульфідом молібдену (MoS2), який добре відомий своєю сильною фотолюмінесценцією, і виявила, що інтенсивність фотолюмінесценції була більш ніж у 40 разів інтенсивнішою, що робило його надяскравим – хоча й дуже коротко.
«Сильна фотолюмінесценція волокнистого червоного фосфору є несподіваною. Насправді ми спочатку очікували, що фотолюмінесценція волокнистого червоного фосфору буде слабкою. Виходячи з теоретичних розрахунків, цей ефект насправді не повинен бути сильним, тому ми зараз проводимо додаткові експерименти, щоб з’ясувати походження його остаточного світіння», — каже Ду.
«Я вважаю, що одновимірні матеріали Ван-дер-Ваальса, такі як волокнистий червоний фосфор, є реальними перспективами для дисплеїв та інших додатків, які покладаються на матеріали, які демонструють саме ту поведінку, яку ми бачили в цьому дослідженні. Спектр його анізотропного оптичного відгуку також здається дуже широким, якщо порівняти його з відгуками звичайних матеріалів», — говорить професор Жіпей Сун, який очолює групу, що стоїть за дослідженням.
Довідка: «Гігантська анізотропна фотоніка в одновимірному ван-дер-ваальсовому напівпровідниковому волокнистому червоному фосфорі» Луоцзюнь Ду, Яньчун Чжао, Лінлу Ву, Сюеронг Ху, Ліде Яо, Ядун Ван, Сюейнь Бай, Юньюнь Дай, Джінгсі Цяо, доктор Гіус Уддін, Сяомей Лі, Йоуко Лахтінен, Сюедон Бай, Гуанью Чжан, Вей Цзі та Чжіпей Сун, 1 серпня 10 р. Природа зв'язку.
DOI: 10.1038/s41467-021-25104-6
