Forskare från Tokyo Metropolitan University har utvecklat ett sätt att producera högkvalitativa monolager av ett urval av olika övergångsmetalldikalkogenider som möts över en atomärt tunn söm. Genom att belägga detta skikt med en jongel, en blandning av en jonisk vätska och en polymer, kunde de excitera ljusemission längs sömmen. Ljuset visade sig också vara naturligt cirkulärt polariserat, en produkt av den anpassningsbara påfrestningen över gränsen. Deras resultat publiceras i Advanced Functional Materials

Ljusemitterande dioder (LED) har blivit allestädes närvarande genom sin revolutionerande inverkan på nästan alla former av belysning. Men eftersom våra behov varierar och prestandakraven växer, finns det fortfarande ett tydligt behov av ännu mer energieffektiva lösningar. Ett sådant alternativ involverar appliceringen av heterostrukturer i planet, där ultratunna lager av olika material mönstras på ytor för att skapa gränser. När det gäller lysdioder är det här elektroner och "hål" (mobila tomrum i halvledande material) kombineras för att producera ljus. Effektiviteten, funktionaliteten och omfattningen av tillämpningar för sådana strukturer bestäms inte bara av materialen som används utan av dimensionerna och naturen hos gränserna, vilket har lett till en hel del forskning för att kontrollera deras struktur på nanoskala.

Ett team av forskare under ledning av docent Yasumitsu Miyata från Tokyo Metropolitan University, biträdande professor Jiang Pu och professor Taishi Takenobu från Nagoya University har undersökt användningen av en klass av material som kallas transition metal dichalcogenides (TMDC), en familj av ämnen som innehåller ett grupp 16 grundämne från det periodiska systemet och en övergångsmetall. De har använt en teknik som kallas kemisk ångavsättning för att kontrollerat avsättning av element på ytor för att skapa atomärt tunna monolager; mycket av deras arbete har varit att göra med hur sådana monolager kan varieras för att skapa mönster med olika regioner gjorda av olika TMDC.

Nu har samma team lyckats avsevärt förfina denna teknik. De gjorde om sin tillväxtkammare så att olika material kunde flyttas närmare substratet i en bestämd sekvens; de introducerade också tillsatser för att ändra förångningstemperaturen för varje komponent, vilket möjliggör optimerade förhållanden för tillväxt av högkvalitativa kristallina skikt.

Som ett resultat lyckades de använda fyra olika TMDC för att skapa sex olika typer av vassa, atomärt tunna "sömmar". Dessutom, genom att tillsätta en jongel, en blandning av en jonisk vätska (en vätska av positiva och negativa joner vid rumstemperatur) och en polymer, kan en spänning appliceras över sömmarna för att producera elektroluminescens, samma grundläggande fenomen som ligger bakom lysdioder. Anpassbarheten av deras inställningar och den höga kvaliteten på deras gränssnitt gör det möjligt att utforska ett brett spektrum av permutationer, inklusive olika grader av "misspassning" eller påfrestning mellan olika TMDC.

Intressant nog upptäckte teamet att gränsen mellan ett monolager av volframdiselenid och volframdisulfid producerade en "handed" form av ljus känd som cirkulärt polariserat ljus, en direkt produkt av påfrestningen vid sömmen. Denna nya grad av kontroll på nanoskala öppnar upp en värld av möjligheter för hur deras nya strukturer kan tillämpas på verkliga enheter, särskilt inom området kvantoptoelektronik. + Utforska vidare

Atomic 'patchwork' som använder heteroepitaxy för nästa generations halvledarenheter