Ett forskarlag, ledd av professor Kyoung-Duck Park vid institutionen för fysik vid UNIST har lyckats undersöka och kontrollera de fysiska egenskaperna hos naturligt bildade nanoskala rynkor i tvådimensionella (2D) halvledare. Detta är tack vare deras tidigare utvecklade hyperspektral adaptiva spetsförstärkta fotoluminescens (a-TEPL) spektroskopi. Detta kommer att vara ett stort steg framåt i utvecklingen av papperstunna, ultraflexibla skärmar.

Rynkor är en oundviklig strukturell deformation i 2D-halvledarmaterial, som ger upphov till rumslig heterogenitet i materialegenskaper, enligt forskargruppen. Sådan strukturell deformation har länge ansetts vara en av de största tekniska utmaningarna inom halvledartillverkning, eftersom detta skulle skada enhetligheten i strukturella, elektrisk, och optiska egenskaper hos halvledare. Förutom, eftersom storleken på dessa rynkor är ganska liten, noggrann analys av deras strukturella, optisk, och excitoniska egenskaper har varit omöjliga med konventionella spektroskopiska verktyg. "Senaste strain-engineering tillvägagångssätt har gjort det möjligt att finjustera några av dessa egenskaper, men det har inte gjorts något försök att kontrollera den inducerade stammen av naturligt bildade rynkor i nanoskala, samtidigt som de undersöker deras modifierade nano-optiska egenskaper, " noterade forskargruppen.

I den här studien, forskargruppen presenterade en hyperspektral TEPL nano-avbildningsmetod, kombinerat med nano-optomekanisk töjningskontroll, att undersöka och kontrollera de nanooptiska och excitoniska egenskaperna hos naturligt bildade rynkor i en WSe2 ML. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för dem att avslöja de modifierade elektroniska egenskaperna och excitonbeteendena vid rynkan, associerad med den inducerade enaxliga dragpåkänningen vid spetsen. Baserat på det här, forskargruppen kunde utnyttja rynkstrukturen som en nanoskala strain-engineering-plattform. Den exakta atomkraftspetskontrollen gjorde det också möjligt för dem att konstruera de excitoniska egenskaperna hos TMD MLs i de nanolokala regionerna på ett helt reversibelt sätt, noterade forskargruppen.

Forskargruppen presenterade vidare en mer systematisk plattform för dynamisk nano-emissionskontroll av rynkan genom att demonstrera programmerbart operativa omkopplings- och moduleringslägen i tid och rum. "Vi föreställer oss att vårt tillvägagångssätt ger tillgång till potentiella tillämpningar i kvant-nanofotoniska enheter, såsom ljusa nanooptiska källor för lysdioder, nano-optisk switch/multiplexer för optiska integrerade kretsar, och excitonkondensatanordningar, " sa forskargruppen.

Under tiden, Professor Ki Kang Kim och Dr. Soo Ho Choi från Sungkyunkwan University, och professor Hyun Seok Lee från Chungbuk National University deltog i produktionen av 2D-halvledarmaterial som användes i studien. Professor Geunsik Lee och Dr Yongchul Kim från Institutionen för kemi vid UNIST deltog också i den teoretiska beräkningen av resultaten.

Resultaten av denna forskning har publicerats i onlineversionen av Avancerade material , före tryckning, den 11 maj, 2021. Den har också valts ut som omslaget till aprilnumret 2021 av tidskriften. Förutom, källteknologin för denna nano-mekaniska töjningsteknik beviljades ett officiellt patent.