Aktuella elektroniska komponenter i datorer, mobiltelefoner och många andra enheter är baserade på mikrostrukturerade kiselbärare. Dock, denna teknik har nästan nått sina fysiska gränser och minsta möjliga strukturstorlekar.

Tvådimensionella (2-D) material forskas därför intensivt. Man kan föreställa sig dessa material som extremt tunna filmer bestående av endast ett lager av atomer. Den mest kända är grafen, ett atomärt tunt lager av grafit. För dess upptäckt, Andre Geim och Konstantin Novoselov fick Nobelpriset i fysik 2010.

Medan grafen enbart består av kol, det finns många andra 2D-föreningar som kännetecknas av speciella optiska och elektroniska egenskaper. Oräkneliga potentiella tillämpningar av dessa föreningar undersöks för närvarande, till exempel för användning i solceller, inom mikro- och optoelektronik, i kompositmaterial, katalys, i olika typer av sensorer och ljusdetektorer, vid biomedicinsk avbildning eller vid transport av läkemedel i organismen.

Ljusenergi kan få 2D-material att vibrera

För funktionen av dessa 2D-föreningar, man utnyttjar deras speciella egenskaper. "Det är viktigt att veta hur de reagerar på excitation med ljus, säger professor Tobias Brixner, chef för ordföranden för fysikalisk kemi I vid Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg i Bayern, Tyskland.

I princip, 2D-material exciteras elektroniskt precis som vanliga kiselsolceller när tillräckligt med ljusenergi träffar dem. Dock, energin kan få det atomärt tunna lagret att vibrera samtidigt. Detta påverkar i sin tur de optoelektroniska egenskaperna.

Styrkan hos exciton-fononkoppling är svår att bestämma

Tills nu, det var okänt hur starkt ljus exciterar sådana svängningar i ett 2D-material vid rumstemperatur. Nu, i ett internationellt samarbete, ett team under ledning av Tobias Brixner har för första gången lyckats bestämma styrkan hos oscillationsexcitationen vid ljusabsorption i ett 2D-material – nämligen i en "övergångsmetalldikalkogenid" – vid rumstemperatur.

"Denna mängd, känd i teknisk jargong som exciton-fonon-kopplingsstyrka, är svårt att bestämma eftersom absorptionsspektrat vid rumstemperatur är mycket "utsmetat" och inga enskilda spektrallinjer kan separeras, " säger JMU-fysikern och fysikalisk kemist.

Postdoc utvecklade koherent 2-D mikroskopi

Nu, dock, postdoktorn Dr Donghai Li i Würzburg har utvecklat metoden för "koherent 2-D mikroskopi." Den kombinerar den rumsliga upplösningen hos ett mikroskop med femtosekundtidsupplösningen för ultrakorta laserpulser och med den flerdimensionella frekvensupplösningen. Detta gjorde det möjligt för Li att kvantifiera påverkan av svängningarna.

Brixner förklarar:"Överraskande nog, det visade sig att exciton-fonon-kopplingsstyrkan i det undersökta materialet är mycket större än i konventionella halvledare. Denna upptäckt är till hjälp vid vidareutvecklingen av 2D-material för specifika applikationer."