Forskare från Low Energy Electronic Systems (LEES) Interdisciplinary Research Group (IRG) vid Singapore-MIT Alliance for Research and Technology (SMART), MIT:s forskningsföretag i Singapore tillsammans med Massachusetts Institute of Technology (MIT) och National University of Singapore (NUS), har upptäckt ett nytt sätt att kontrollera ljusemission från material.

Att kontrollera materialens egenskaper har varit drivkraften bakom de flesta moderna teknologier – från solpaneler, datorer, smarta fordon eller livräddande sjukhusutrustning. Men materialegenskaper har traditionellt justerats baserat på deras sammansättning, strukturera, och ibland storlek, och de flesta praktiska enheter som producerar eller genererar ljus använder lager av material av olika sammansättning som ofta kan vara svåra att odla.

Genombrottet av SMART-forskare och deras medarbetare erbjuder ett nytt paradigmskiftande tillvägagångssätt för att justera de optiska egenskaperna hos tekniskt relevanta material genom att ändra vridningsvinkeln mellan staplade filmer, vid rumstemperatur. Deras resultat kan ha en enorm inverkan på olika tillämpningar inom det medicinska, biologisk, och kvantinformationsfält. Teamet förklarar sin forskning i en artikel med titeln "Tunable Optical Properties of Thin Films Controlled by the Interface Twist Angle" som nyligen publicerades i den prestigefyllda tidskriften Nanobokstäver .

"Ett antal nya fysiska fenomen - som okonventionell supraledning - har nyligen upptäckts genom att stapla enskilda lager av atomärt tunna material ovanpå varandra i en vridningsvinkel, vilket resulterar i bildandet av vad vi kallar moiré supergitter, " säger motsvarande författare till tidningen, Professor Silvija Gradecak från institutionen för materialvetenskap och teknik vid NUS och huvudutredare vid SMART LEES. "De befintliga metoderna fokuserar på att stapla endast tunna enskilda monolager av film vilket är mödosamt, medan vår upptäckt skulle kunna tillämpas på tjocka filmer också – vilket gör processen för materialupptäckt mycket effektivare."

Deras forskning kan också vara meningsfull för att utveckla den grundläggande fysiken inom området "twistronics" - studiet av hur vinkeln mellan lager av tvådimensionella material kan förändra deras elektriska egenskaper. Professor Gradecak påpekar att fältet hittills har fokuserat på att stapla enskilda monolager, som kräver noggrann exfoliering och kan drabbas av avslappning från ett vridet tillstånd, vilket begränsar deras praktiska tillämpningar. Teamets upptäckt kan göra detta banbrytande twist-relaterade fenomen tillämpligt på tjockfilmssystem också, som är lätta att manipulera och industriellt relevanta.

"Våra experiment visade att samma fenomen som leder till bildandet av moiré-supergitter i tvådimensionella system kan översättas för att justera optiska egenskaper hos tredimensionella, bulkliknande hexagonal bornitrid (hBN) även vid rumstemperatur, " sa Hae Yeon Lee, huvudförfattaren till artikeln och en doktorsexamen i materialvetenskap och teknik. kandidat vid MIT. "Vi fann att både intensiteten och färgen på staplade, tjocka hBN-filmer kan ställas in kontinuerligt genom deras relativa vridningsvinklar och intensiteten ökas med mer än 40 gånger."

Forskningsresultaten öppnar upp ett nytt sätt att kontrollera optiska egenskaper hos tunna filmer utöver de konventionellt använda strukturerna, speciellt för tillämpningar inom medicin, miljö- eller informationsteknik.