Tvådimensionella material som kallas molekylära aggregat är mycket effektiva ljusemitterare som fungerar på en annan princip än typiska organiska ljusemitterande dioder (OLED) eller kvantpunkter. Men deras potential som komponenter för nya typer av optoelektroniska enheter har begränsats av deras relativt långsamma responstid. Nu, forskare vid MIT, University of California i Berkeley, och Northeastern University har hittat ett sätt att övervinna den begränsningen, möjligen öppnar en mängd olika applikationer för dessa material.

Resultaten beskrivs i tidskriften Förfaranden från National Academy of Sciences , i en uppsats av MIT docent i maskinteknik Nicholas X. Fang, postdoktorer Qing Hu och Dafei Jin, och fem andra.

Nyckeln till att förbättra svarstiden för dessa 2-D molekylära aggregat (2DMA), Fang och hans team hittade, är att koppla ihop materialet med ett tunt lager av en metall som silver. Interaktionen mellan 2DMA och metallen som ligger bara några nanometer bort ökar hastigheten på materialets ljuspulser mer än tiofaldigt.

Dessa 2DMA -material uppvisar ett antal ovanliga egenskaper och har använts för att skapa exotiska former av materia, känd som Bose-Einstein-kondensat, vid rumstemperatur, medan andra tillvägagångssätt krävde extrem kylning. De har också tillämpats i teknik som solceller och ljusskördande organiska antenner. Men det nya verket identifierar för första gången det starka inflytande som en mycket nära plåt kan ha på hur dessa material avger ljus.

För att dessa material ska vara användbara i enheter som fotoniska chips - som är som halvledarchips men utför sin verksamhet med hjälp av ljus istället för elektroner - är utmaningen att kunna slå på och stänga av dem snabbt, "som inte varit möjligt förut, Säger Fang.

Med metallsubstratet i närheten, responstiden för ljusutsläpp sjönk från 60 picosekunder (biljoner sekunder av sekunden) till bara 2 picosekunder, Fang säger:"Det här är ganska spännande, eftersom vi observerade denna effekt även när materialet är 5 till 10 nanometer från ytan, "med ett mellanrumsskikt av polymer emellan. Det räcker med en separation att tillverkning av sådana parade material i kvantitet inte ska vara en alltför krävande process." Detta är något vi tror skulle kunna anpassas till utskrift från rull till rull, " han säger.

Om den används för signalbehandling, som att skicka data med ljus snarare än radiovågor, Fang säger, detta framsteg kan leda till en dataöverföringshastighet på cirka 40 gigahertz, vilket är åtta gånger snabbare än sådana enheter för närvarande kan leverera. Detta är "ett mycket lovande steg, men det är fortfarande väldigt tidigt "när det gäller att översätta det till praktiskt, tillverkningsbara enheter, han varnar.

Teamet studerade bara en av de många typerna av molekylära aggregat som har utvecklats, så det kan fortfarande finnas möjligheter att hitta ännu bättre varianter. "Detta är faktiskt en mycket rik familj av lysande material, "Säger Fang.

Eftersom materialets lyhördhet påverkas så starkt av den exakta närheten av det närliggande metallsubstratet, sådana system kan också användas för mycket exakta mätverktyg. "Interaktionen reduceras som en funktion av gapstorleken, så den kan nu användas om vi vill mäta närheten till en yta, "Säger Fang.

När teamet fortsätter sina studier av dessa material, ett nästa steg är att studera effekterna som mönstringen av metallytan kan ha, eftersom testerna hittills endast använde plana ytor. Andra frågor som ska tas upp är att bestämma livslängden för dessa material och hur de kan förlängas.

Fang säger att en första prototyp av en enhet som använder detta system kan produceras "inom ett år eller så".