En omslagshistoria som förekommer i peer-reviewed journal Nanoskala Horisonter rapporterar ett nytt tvåskiktsmaterial, med varje lager som mäter mindre än en nanometer i tjocklek, att en dag kan leda till mer effektiva och mångsidiga ljusutsläpp.

Forskare som arbetar vid Ultrafast Laser Lab vid University of Kansas skapade materialet framgångsrikt genom att kombinera atomiskt tunna lager av molybdendisulfid och rheniumdisulfid.

"Båda absorberar ljus mycket bra som halvledare, och de är båda mycket flexibla kan sträckas eller komprimeras, "sa Hui Zhao, docent i fysik och astronomi vid KU, som var medförfattare till tidningen. "Målet med hela denna forskningsinriktning är att producera ljusemitterande enheter, till exempel lysdioder som är ultratunna - bara några nanometer tjocka - och tillräckligt flexibla för att du kan böja den. Vi visade genom detta tvåskiktsmaterial, det kan uppnås. "

För att förklara genombrottet, Zhao liknar beteendet hos elektroner i det nya materialet med ett klassrum.

"Man kan tänka på ett material som ett klassrum fullt av elever - som är elektronerna - ett på varje säte, "sa han." Sitter på ett säte, en elev - eller elektron - kan inte röra sig fritt för att leda elektricitet. Ljus kan ge tillräckligt med energi för att stå upp några av eleverna, som nu kan röra sig fritt och, som elektroner, att leda el. Denna process är grunden för fotovoltaiska enheter, där solljusets energi fångas upp och omvandlas till elektricitet. "

KU -forskaren sa att ljusutsläpp involverar den omvända processen, där en stående elektron sätter sig i ett säte, släppa sin rörelseenergi i form av ljus.

"För att göra ett bra material för ljusemissionsenheter, man behöver inte bara elektronerna som bär energi, men också "sätena" - kallade hål - för elektronerna att sitta ner, " han sa.

Tidigare studier av flera grupper, inklusive Zhao's, har producerat olika tvåskiktsmaterial genom att stapla olika typer av atomark. Dock, i dessa material, elektronerna och "sätena" finns i olika atomlager.

"Eftersom elektroner inte lätt kan hitta platser, ljusemissionseffektiviteten för dessa tvåskiktsmaterial är mycket låg - mer än 100 gånger lägre än i ett atomskikt, " han sa.

Men i det nya material som tillkännagavs av Zhao och hans medförfattare, "Alla elektroner och deras säten kommer att vara i sitt ursprungliga lager, istället för separat. Ljusutsläppet kommer att bli mycket starkare. "

Zhao och andra forskare Matthew Bellus, Samuel Lane, Frank Ceballos och Qiannan Cui, alla KU fysik doktorander, och Ming Li och Xiao Cheng Zeng vid University of Nebraska-Lincoln skapade det nya materialet med samma lågteknologiska "Scotch tape" -metod som var banbrytande för att skapa grafen, materialet med ett atomskikt som vann dess skapare Nobelpriset för fysik 2010.

"Det finns ett knep, "Sa Zhao." Du använder skotsk tejp för att skala av ett lager från kristallen och sedan viker du tejpen några gånger, så när du trycker tejpen mot ett underlag och snabbt tar bort det, en del av materialet kommer att ligga kvar på underlaget. Under ett mikroskop, enkelatomslagersektioner kommer att ha en annan färg på grund av deras tjocklek-ungefär som en tunn oljefilm på vatten. "

Forskarna vid KU:s Ultrafast Laser Lab, ledd av Bellus, tidningens första författare, klarade sedan det mest utmanande steget:stapla MoS2 -lagret ovanpå ReS2, med en precision som är bättre än en mikrometer. De atomtunna arken kopplades ihop med den så kallade van der Waalskraften, samma kraft som gör att en gecko kan skala en slät fönsterruta. "Van der Waals -kraften är inte särskilt känslig för atomarrangemanget, "sa Zhao." Så, man kan använda dessa atomark för att bilda flerskiktsmaterial, på ett sätt som atomlegos. "

Efter att proverna gjorts, lagmedlemmar använde ultrasnabba lasrar för att observera rörelser av elektroner och säten mellan de två atomlagren, och de såg tydliga bevis på att både elektroner och säten kan flytta från MoS2 till ReS2, men inte i motsatt riktning.

Genom att göra så, laget bekräftade teoretiska beräkningar utförda av Li och Zeng, som tidigare hade analyserat relaterade egenskaper hos ungefär ett dussin atomark, och förutspådde att tvålager bildade av MoS2 och ReS2 skulle ha löfte som grund för LED -teknik.

Enligt Zhao, det slutliga målet är att utveckla en metod som möjliggör exakt kontroll av placeringen av elektroner och säten bland olika atomlager så att de elektroniska och optiska egenskaperna hos materialet kan kontrolleras och optimeras.

"Vi skulle någon gång vilja se lysdioder som är tunnare, mer energieffektiv och böjbar, "sa han." Tänk på en dator- eller telefonskärm om du kan vika den några gånger eller lägga den i fickan. "