För första gången, forskare har experimentellt observerat ljusemission från individuella grafen nanoband. De visade att 7-atoms breda nanorband avger ljus med en hög intensitet som är jämförbar med ljusa ljusavgivande enheter gjorda av kolnanorör, och att färgen kan ställas in genom att justera spänningen. Fynden kan en dag leda till utvecklingen av ljusa grafenbaserade ljuskällor.

Forskarna, ledd av Deborah Prezzi vid CNR-Nanoscience Institute i Modena, Italien, och Guillaume Schull vid universitetet i Strasbourg i Frankrike, har publicerat en artikel om sina observationer av den första elektroluminescensen från individuella grafen-nanorband i en ny utgåva av Nanobokstäver .

"Rent generellt, enheter i molekylär skala är intressanta fundamentala system, men är ganska instabila och producerar en begränsad mängd signal, " berättade Schull Phys.org . "I vår artikel, vi bevisar att individuella grafen nanoband kan användas som intensiva, stabila och kontrollerbara ljuskällor. Dessa är avgörande steg mot verkliga optoelektroniska applikationer med organiska system i nanoskala."

Även om grafens utmärkta elektroniska egenskaper har undersökts omfattande, mycket mindre är känt om dess optiska egenskaper. En av nackdelarna med att använda grafen som en ljusemitterande enhet är att grafenark inte har ett optiskt bandgap. Dock, senaste studier har visat att, när den skärs i tunna band bara några atomer breda, grafen får ett stort optiskt bandgap, öppnar möjligheten för ljusemission.

Experimentellt, det har bara varit ett fåtal demonstrationer av ljusemission från grafen nanoband, och dessa har begränsats till ensembler av nanoband och avslöjat endast svag ljusemission. Så resultaten av den nya studien, som visar ett mycket starkare ljus som sänds ut av individuella grafen nanoband jämfört med ensembler, antyda den spännande outnyttjade potentialen hos grafens optiska egenskaper.

Som forskarna förklarar i den nya studien, de använde en ny konfigurationsmetod där ett individuellt grafen nanoband överbryggar två metalliska elektroder, för första gången bildar en elektronisk krets. Med hjälp av en mikroskopspets, forskarna lyfte delvis upp nanobandet så att det låg delvis på substratet och delvis hängande. Denna konfiguration minskar kopplingen mellan nanobandet och elektroderna som annars skulle dämpa ljusemissionen.

Tester visade att de individuella grafennanorbanden uppvisar en intensiv optisk emission på upp till 10 miljoner fotoner per sekund, som är 100 gånger mer intensiv än emissionen som uppmätts för tidigare enkelmolekylära optoelektroniska enheter, och jämförbar med den som uppmätts för ljusavgivande enheter gjorda av kolnanorör.

Dessutom, forskarna fann att energiskiftet för huvudtoppen förändras som en funktion av spänningen, som ger ett sätt att ställa in ljusets färg. Dessa observationer ger också insikt i de underliggande mekanismerna för ljusemissionen från individuella grafen nanoband, som forskarna planerar att undersöka ytterligare i framtiden.

"Vi kommer sannolikt att undersöka inverkan av bredden på grafen-nanorbanden på färgen på det emitterade ljuset, eftersom bredden förväntas styra storleken på gapet, ", sade Schull. "Inverkan av defekter bör också undersökas. Så småningom, man bör föreslå metoder för att integrera våra grafen nanorribbons-enheter i större kretsar."

© 2018 Phys.org