Optoelektroniska material som kan omvandla ljusets energi till elektricitet, och elektricitet till ljus, har lovande tillämpningar som ljusavgivande, energiskörd, och avkänningsteknik. Dock, enheter gjorda av dessa material plågas ofta av ineffektivitet, förlorar betydande användbar energi som värme. För att bryta de nuvarande effektivitetsgränserna, nya principer för omvandling av ljus-el behövs.

Till exempel, många material som uppvisar effektiva optoelektroniska egenskaper är begränsade av inversionssymmetri, en fysisk egenskap som begränsar ingenjörers kontroll över elektroner i materialet och deras möjligheter att designa nya eller effektiva enheter. I forskning publicerad idag i Naturens nanoteknik , ett team av materialvetare och ingenjörer, ledd av Jian Shi, en docent i materialvetenskap och teknik vid Rensselaer Polytechnic Institute, använde en töjningsgradient för att bryta den inversionssymmetrin, skapa ett nytt optoelektroniskt fenomen i det lovande materialet molybdendisulfid (MoS ₂ )-för första gången.

För att bryta inversionssymmetrin, laget placerade en vanadinoxid (VO ₂ ) tråd under ett ark med MoS ₂ . Molybdendisulfid är ett flexibelt material, Shi sa, så den deformerade sin ursprungliga form för att följa kurvan för VO ₂ tråd, skapar en gradient inom dess kristallgitter. Föreställ dig vad som skulle hända om du placerade ett papper över en penna som satt på ett bord. Den varierande spänningen som skapas i papperet är som töjningsgradienten som bildas i MoS ₂ gitter.

Den gradienten, Shi sa, bryter materialets inversionssymmetri och gör att elektroner som rör sig i kristallen kan manipuleras. Det unika fotosvaret som observeras nära töjningsgradienten tillåter en ström att flyta genom materialet. Det är känt som den flexo-fotovoltaiska effekten, och det skulle kunna utnyttjas för att designa ny och/eller högeffektiv optoelektronik.

"Detta är den första demonstrationen av en sådan effekt i detta material, "Sa Shi. "Om vi ​​har en lösning som inte skapar värme under foton-elektricitetsomvandling, då kan de elektroniska enheterna eller kretsarna förbättras."

Vanadinoxid är mycket känslig för temperatur, så teamet kunde också visa att den flexo-fotovoltaiska effekten orsakade temperaturberoende på platsen där MoS ₂ och VO ₂ material möts – ändra gallrets gradient i enlighet därmed.

"Denna upptäckt föreslår en ny princip som skulle kunna användas för termisk fjärravkänning, " sa Jie Jiang, en postdoktor i Shis labb och den första författaren till denna artikel.

Vad teamet kunde visa här, Shi sa, visar inte bara mycket lovande för detta material, men föreslår också potentialen av att använda ett sådant tillvägagångssätt för att konstruera andra material med gynnsamma optoelektroniska egenskaper som plågas av inversionssymmetri.