Ett team ledd av forskare från National University of Singapore (NUS) har utvecklat en metod för att förbättra fotoluminescenseffektiviteten hos volframdiselenid, en tvådimensionell halvledare, banar väg för tillämpning av sådana halvledare i avancerade optoelektroniska och fotoniska enheter.

Volframdiselenid är en enmolekyl tjock halvledare som är en del av en framväxande klass av material som kallas övergångsmetalldikalkogenider (TMDCs), som har förmågan att omvandla ljus till elektricitet och vice versa, vilket gör dem till starka potentiella kandidater för optoelektroniska enheter som tunnfilmssolceller, fotodetektorer flexibla logiska kretsar och sensorer. Dock, dess atomtunna struktur minskar dess absorption och fotoluminescensegenskaper, begränsar därmed dess praktiska tillämpningar.

Genom att införliva monolager av volframdiselenid på guldsubstrat med diken i nanostorlek, forskargruppen, ledd av professor Andrew Wee vid institutionen för fysik vid NUS naturvetenskapliga fakulteten, framgångsrikt förbättrat nanomaterialets fotoluminescens med upp till 20, 000-faldigt. Detta tekniska genombrott skapar nya möjligheter att använda volframdiselenid som ett nytt halvledarmaterial för avancerade applikationer.

Wang Zhuo, en doktorand från NUS Graduate School for Integrative Sciences and Engineering (NGS) och första författare till uppsatsen, förklarade, "Detta är det första arbetet som demonstrerar användningen av guldplasmoniska nanostrukturer för att förbättra fotoluminescensen av volframdiselenid, och vi har lyckats uppnå en oöverträffad förbättring av ljusabsorptionen och emissionseffektiviteten för detta nanomaterial."

Utarbetar betydelsen av den nya metoden, Prof Wee sa, "Nyckeln till detta arbete är designen av guldplasmoniska nanoarray-mallar. I vårt system, resonanserna kan ställas in för att matchas med pumpens laservåglängd genom att variera strukturen. Detta är avgörande för plasmonkoppling med ljus för att uppnå optimal fältinneslutning."

Den nya forskningen publicerades först online i tidskriften Naturkommunikation den 6 maj 2016.

Nästa steg

Den nya metoden utvecklad av NUS-teamet, i samarbete med forskare från Singapore University of Technology and Design och Imperial College, öppnar en ny plattform för att undersöka nya elektriska och optiska egenskaper i hybridhybridsystemet av guld med volframdiselenid. Går vidare, forskargruppen kommer att ytterligare undersöka effektiviteten hos den laterala guldplasmonen för att förbättra den andra övertonsgenerationen och elektroluminescensen av TMDC. De kommer också att undersöka dessa effekter i andra tvådimensionella dikalkogenider av övergångsmetall med olika bandgap, eftersom de förväntas visa olika interaktionsmekanismer.