Silver nanoskivor på monolager molybdendisulfid
Det lovande nya materialet molybdendisulfid (MoS 2 ) har en inneboende fråga som är genomsyrad av ironi. Materialets största tillgång – dess monolagertjocklek – är också dess största utmaning.
Monolayer MoS2:s ultratunna struktur är stark, lättvikt, och flexibel, vilket gör den till en bra kandidat för många applikationer, som högpresterande, flexibel elektronik. Ett sådant tunt halvledande material, dock, har väldigt lite interaktion med ljus, begränsar materialets användning i ljusavgivande och absorberande tillämpningar.
"Problemet med dessa material är att de bara är ett enda lager tjocka, sa Koray Aydin, biträdande professor i elektroteknik och datavetenskap vid Northwestern Universitys McCormick School of Engineering. "Så mängden material som är tillgängligt för ljusemission eller ljusabsorption är mycket begränsad. För att kunna använda dessa material för praktiska fotoniska och optoelektriska tillämpningar, vi behövde öka deras interaktion med ljus."
Aydin och hans team tacklade detta problem genom att kombinera nanoteknik, materialvetenskap, och plasmonik, studiet av växelverkan mellan ljus och metall. Teamet designade och tillverkade en serie silvernanoskivor och arrangerade dem på ett periodiskt sätt ovanpå ett ark med MoS2. Inte bara upptäckte de att nanoskivorna förbättrade ljusemissionen, men de bestämde den specifika diametern på den mest framgångsrika skivan, vilket är 130 nanometer.
"Vi har känt till att dessa plasmoniska nanostrukturer har förmågan att attrahera och fånga ljus i en liten volym, sa Serkan Butun, en postdoktor i Aydins labb. "Nu har vi visat att placera silvernanoskivor över materialet resulterar i tolv gånger mer ljusemission."
Användningen av nanostrukturerna – i motsats till att använda en kontinuerlig film för att täcka MoS 2 — låter materialet behålla sin flexibla natur och naturliga mekaniska egenskaper.
Stöds av Northwesterns Material Research Science and Engineering Center och Institutet för hållbarhet och energi på Northwestern, forskningen beskrivs i mars 2015 onlineutgåva av Nanobokstäver . Butun är första författare till tidningen. Sefaatiin Tongay, biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid Arizona State University, förutsatt att det stora monoskiktet MoS 2 material som använts i studien.
Med förbättrade ljusemissionsegenskaper, MoS 2 kan vara en bra kandidat för lysdiodteknologier. Teamets nästa steg är att använda samma strategi för att öka materialets ljusabsorptionsförmåga för att skapa ett bättre material för solceller och fotodetektorer.
"Detta är ett stort steg, men det är inte slutet på historien, ", sa Aydin. "Det kan finnas sätt att förbättra ljusemissionen ytterligare. Men, än så länge, vi har framgångsrikt visat att det verkligen är möjligt att öka ljusemissionen från ett mycket tunt material."
