Framtida ultratunna solceller och ljuskällor kan ha sina ytor täckta av små skyttegravar, efter att A*STAR -forskare funnit att sådana strukturer förbättrar effektiviteten med fyra storleksordningar.

Joel Yang från A*STAR Institute of Materials Research and Engineering var en del av ett internationellt samarbete som uppnådde 20, 000-faldig ökning av fotoluminescensen av ett atomtjockt lager av volframdiselenid, genom att montera den på en guldyta mönstrad med smala skyttegravar.

Volframdiselenid är lovande för ultrakänsliga, ultratunna ljussensorer, solceller och ljusdioder, på grund av dess förmåga att absorbera ljus och återutsända vid en annan frekvens. Denna effekt uppträder dock endast för ett enda atomskikt, så dess effektivitet är mycket låg - det mesta av ljuset passerar rakt igenom.

Yangs inspiration var att montera lagret på en guldyta och fånga ljusenergin vid gränssnittet mellan de två lagren i form av ytplasmoner. För att förbättra absorptionen av ljus, de lade skyttegravar till guldskiktet under volfram -diseleniden.

"Det var mycket förvånande att en så stor förbättring kunde vara möjlig, "säger Yang.

Nyckeln matchade grävstorleken till energin så att plasmonerna fångades i diken genom en resonansprocess som kallas Purcell -effekten.

Teamet lyste 633 nanometer ljus på provet och mätte uteffekten vid 750 nanometer. De hittade 12 nm breda skyttegravar i ett rutmönster med avstånd 200 nanometer gav den högsta fotoluminescensen - 20, 000 gånger mer än ett bar lager av volframdiselenid.

För att skapa strukturen, laget etsade en mycket platt kiselkristall för att skapa ett nät av åsar. Därefter avsatte de ett lager guld på kislet och drog sedan av det för att avslöja skyttegravar där åsarna hade varit.

"Grävarnas smalhet och metallfilmens planhet är viktig, "Yang säger." Varje grovhet kommer att interagera negativt med det tvådimensionella materialet. "

Guldet nedsänktes i vatten och en film av volfram -diselenid flöt på vattenytan. Guldet höjdes sedan långsamt ur lösningen, fram med det tunna lagret ovanpå.

Den enkla strukturen har många fördelar, säger Yang. "Hela ytan exponeras för användaren, vilket gör det enkelt för vidare forskning, som att funktionalisera ytan med kemikalier eller tillsätta elektroder ".

Det är också lättare att tillverka än andra plasmoniska enheter, som kräver ett andra lager ovanför det tunna skiktet, skapa en smörgås.