Ett team av forskare från den kemiska fakulteten och den materialvetenskapliga fakulteten, MSU, tillsammans med utländska kollegor, upptäckte att tvådimensionella ark av kadmiumtellurid spontant kan vikas till nanoskroller. Denna effekt kan användas inom elektronik och fotonik. Resultaten av studien publicerades i Materialkemi .

Under studiens gång, teamet fokuserade på 2D-halvledarmaterial. Dessa inkluderar grafen, fosforen, 2-D-lager av molybden-disulfid, och 2-D perovskites som nyligen har tilldragit sig mycket uppmärksamhet från forskare. Dessa material är enatomtjocka kristaller med 2D elektroniska egenskaper. Forskare tror att de kan användas för utveckling av nya enheter.

"Vi studerade 2-D kadmiumtellurid CdTe och upptäckte en oväntad effekt av spontan vikning av dess ultratunna (endast 1 nm) ark som också kallas kolloidala kvantbrunnar, sade Roman Vasiliev, en medförfattare till verket, Ph.D. kemiska vetenskaper, och docent vid Kemiska fakulteten och fakulteten för materialvetenskap, MSU.

Kolloidala kvantbrunnar är en ny generation av kolloidala kvantprickar. Kvantprickar kännetecknas av sina självlysande egenskaper och används i kommersiella enheter, såsom TV-apparater. Kvantbrunnar, en 2D-typ av kvantprickar, studeras idag, men vi vet redan att de har mycket smala luminescensband, vilket är viktigt för ljusa färgåtergivning i ljusemitterande enheter.

Teamet studerade egenskaperna hos 2-D ark av kadmiumtellurid genom att utbyta organiska molekyler fästa vid deras yta och säkerställa stabiliteten hos nanopartiklar. För att syntetisera 2-D kadmiumtellurid, forskarna använde den kolloidala metoden och fick dem i en kolv. Forskarna fick kadmiumtellurid-nanopartiklar i ett organiskt lösningsmedel i närvaro av ytaktiva ämnen. Genom att ändra reaktionsförhållandena, de odlade partiklarna till en nanometer tjocka ark.

I början, författarna till arbetet odlade platta 2D-ark täckta med oljesyra som stabilisator. De lyckades få fram ark med en längd som nådde hundratals nanometer och en tjocklek på en nanometer. Teamet började ersätta molekylerna av oljesyra med andra organiska molekyler och analyserade storlekar och former på de erhållna nanopartiklarna, samt deras sammansättning och kristallstruktur. I detta skede, de använde ett transmissionselektronmikroskop.

Under studiens gång, laget upptäckte att när en specifik typ av stabilisator (tioler) används, platta ark av kadmiumtellurid vikas plötsligt till perfekta rullar. När den fästs på ytan av ett ark, tiolmolekyler ökar dess tjocklek med ett monolager (0,15 nm) och orsakar mekaniska påfrestningar, gör att arket vikas i en viss kristallografisk riktning. Vikningen sker för alla nanopartiklar samtidigt, och veckets radie är densamma för alla nanostrukturer.

"Studien öppnar nya möjligheter för manipulationer av 2D-material och nanopartiklar. Vikningseffekten kom som en överraskning för oss. Den liknar processen att göra origami, men i det här fallet, arken är en nanometer tjocka. Att veta hur man ändrar rumslig form av nanopartiklar, vi skulle kunna använda dem vid tillverkning av optiska material med anisotropt beteende och polariserad luminescens. Vi skulle kunna skapa aktiva ljusemitterande matriser för skärmar som skulle minska energiförbrukningen och öka ljusstyrkan och intensiteten hos olika enheter. Kanske, vi kan också utveckla nya nano-enheter, till exempel, rörformade transistorer. Dessa intressanta egenskaper kan vara användbara i nya generationer av ljusavgivande och sensorenheter, såväl som inom optisk och optoelektronisk teknik och nanoteknik, " avslutade forskaren.