(Överst) Illustration av en vattenmolekyl som binder vid en svavelvakans i MoS2 vid exponering för laserljus. (Nederst) Fotoluminescens (PL) ökning observerad under laserljusexponering i omgivning. (Insats) Fluorescensbild som visar ljusare områden som stavar "NRL". Upphovsman:U.S. Naval Research Laboratory
Forskare vid U.S.Naval Research Laboratory (NRL) upptäckte en ny metod för att passivera defekter i nästa generations optiska material för att förbättra optisk kvalitet och möjliggöra miniatyrisering av ljusemitterande dioder och andra optiska element.
"Ur kemisk synvinkel, vi har upptäckt en ny fotokatalytisk reaktion med laserljus och vattenmolekyler, vilket är nytt och spännande, sa Saujan Sivaram, Ph.D., huvudförfattare till studien. "Ur ett allmänt perspektiv, detta arbete möjliggör integration av hög kvalitet, optiskt aktiv, atomiskt tunt material i en mängd olika tillämpningar, som elektronik, elektrokatalysatorer, minne, och applikationer för kvantberäkning. "
NRL-forskarna utvecklade en mångsidig laserbehandlingsteknik för att avsevärt förbättra de optiska egenskaperna hos monolager molybdendisulfid (MoS) 2 ) - en halvledare med direkt gap - med hög rumslig upplösning. Deras process ger en 100-faldig ökning av materialets optiska utsläppseffektivitet i de områden som "skrivs" med laserstrålen.
Enligt Sivaram, atomiskt tunna lager av övergångsmetalldikalkogenider (TMD), som MoS 2 , är lovande komponenter för flexibla enheter, solceller, och optoelektroniska sensorer på grund av deras höga optiska absorption och direkta bandgap.
"Dessa halvledande material är särskilt fördelaktiga i applikationer där vikt och flexibilitet är en premie, "sa han." Tyvärr, deras optiska egenskaper är ofta mycket varierande och icke-enhetliga vilket gör det avgörande att förbättra och kontrollera de optiska egenskaperna hos dessa TMD-material för att åstadkomma pålitliga högeffektiva enheter. "
"Defekter är ofta skadliga för förmågan hos dessa enskikts halvledare att avge ljus, "Sivaram sa." Dessa defekter fungerar som icke-strålande fälla, producerar värme istället för ljus, därför, Att ta bort eller passivisera dessa defekter är ett viktigt steg mot högeffektiva optoelektroniska enheter."
I en traditionell LED, cirka 90 procent av enheten är en kylfläns för att förbättra kylningen. Minskade defekter gör att mindre enheter kan använda mindre ström, vilket resulterar i en längre livslängd för distribuerade sensorer och lågeffektelektronik.
Forskarna visade att vattenmolekyler passiverar MoS 2 endast när den utsätts för laserljus med en energi över bandgapet för TMD. Resultatet är en ökning av fotoluminescens utan spektralskift.
Behandlade regioner bibehåller ett starkt ljusemission jämfört med de obehandlade regionerna som uppvisar mycket svagare utsläpp. Detta tyder på att laserljuset driver en kemisk reaktion mellan de omgivande gasmolekylerna och MoS 2 .
"Detta är en anmärkningsvärd prestation, sa Berend Jonker, Ph.D., senior forskare och huvudutredare. "Resultaten av denna studie banar väg för användning av TMD -material som är avgörande för framgången för optoelektroniska enheter och relevanta för försvarsdepartementets uppdrag."
