Figur visar fluorescensmikroskopibilden av en triangulär formad WS2-flinga. Insatsen visar den optiska mikroskopibilden av monoflaken. (a) När du är upphetsad, den triangulärt formade flingan lyser och visar ett fängslande rött fluorescerande mönster i form av ett koncentriskt mörkt och ljust band. Det koncentriska fluorescerande mönstret är resultatet av en delikat variation i kemisk sammansättning inom WS2-monoskiktet. (b) Vid dekoration av guldnanopartiklar, fluorescerande intensiteten hos WS2 är avsevärt förbättrad och intressant, vissa tidigare mörka områden blir fluorescensaktiva. Kredit:Advanced Optical Materials, 2017
NUS-fysiker har upptäckt att guldnanopartiklar kan öka ljusemissioner från volframdisulfid (WS2)-flingor och avslöja små förändringar i materialsammansättningen.
Tvådimensionella (2-D) övergångsmetalldikalkogenider (TMD) visar stor potential som sensorer och optoelektroniska enheter eftersom de kan uppvisa starka optiska (fluorescerande) signaler. Volframdisulfid (WS2), en typ av TMD, har starka optiska egenskaper som är känsliga för dess strukturella och kemiska sammansättning. Metoder för att funktionalisera dess fluorescerande egenskaper är av intresse eftersom om avkänningsverkan resulterar i en färgförändring i materialet, det blir lättare för användaren att upptäcka det. Denna fluorescens beror på rekombinationen av elektron-hål-par i 2-D TMD, som också har en tillhörande elektrisk respons som kan användas för möjliga optoelektroniska tillämpningar.
En forskargrupp ledd av professor SOW Chorng Haur, från institutionen för fysik, NUS har upptäckt att tillsatsen av guldnanopartiklar (Au NP) till WS2 stärker fluorescensemissionerna från den, med den högre ljusintensiteten dominerad av excitoner. Au NPs beter sig också som nano-utforskare, uppvisar förmånliga, platsselektiv dekoration som kartlägger intressanta fluorescerande mönster inom WS2-monoskikten! Dessa mönster är helt oväntade eftersom forskarna från början trodde att Au NPs skulle sprida sig på ett slumpmässigt sätt över materialet.
Prof Sow sa, "Orörda WS2-monoskikt uppvisar en mängd emissioner från olika excitoner. När Au NPs läggs till, det elektriska fältet från ljus kan kopplas till ytelektronerna på nanopartiklarna. WS2-molekylen drar nytta av denna förbättrade interaktion för att producera en ljusare fluorescens."
Prof Sow tillade, "Det mest anmärkningsvärda, Au NP:erna omvandlar den fluorescerande signalen från WS2 som har flera toppar och komponenter till en som har en väldefinierad topp. De ytterligare topparna kan tillskrivas negativa trioner, som är excitoner som är starkt associerade med en elektron. Med sin starka affinitet för elektroner, Au NPs dekorerade på n-typ WS2 monoflaken kunde effektivt tömma elektrontätheten i WS2 monoflaken och undertrycka trionbildning. Detta kan vara användbart för applikationer som kräver ljus med en smal våglängdsprofil."
