La figura mostra l'immagine al microscopio a fluorescenza di un fiocco WS2 di forma triangolare. L'inserto mostra l'immagine al microscopio ottico del monoflake. (a) Quando è eccitato, il fiocco di forma triangolare si illumina e mostra un accattivante motivo fluorescente rosso sotto forma di una banda concentrica scura e luminosa. Il pattern fluorescente concentrico è il risultato di una delicata variazione nella composizione chimica all'interno del monostrato WS2. (b) Sulla decorazione di nanoparticelle d'oro, l'intensità fluorescente del WS2 è notevolmente migliorata e interessante, alcune precedenti regioni scure diventano attive per la fluorescenza. Credito:materiali ottici avanzati, 2017
I fisici del NUS hanno scoperto che le nanoparticelle d'oro possono aumentare le emissioni di luce dai fiocchi di disolfuro di tungsteno (WS2) e rivelare piccoli cambiamenti nella composizione del materiale.
I dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD) bidimensionali (2-D) mostrano un grande potenziale come sensori e dispositivi optoelettronici in quanto sono in grado di esibire forti segnali ottici (fluorescenti). Disolfuro di tungsteno (WS2), un tipo di TMD, ha forti proprietà ottiche che sono sensibili alla sua composizione strutturale e chimica. I metodi per funzionalizzare le sue proprietà fluorescenti sono interessanti perché se l'azione di rilevamento provoca un cambiamento di colore nel materiale, diventa più facile per l'utente rilevarlo. Questa fluorescenza è dovuta alla ricombinazione delle coppie elettrone-lacuna nei TMD 2-D, che hanno anche una risposta elettrica associata che può essere utilizzata per possibili applicazioni optoelettroniche.
Un team di ricerca guidato dal Prof SOW Chorng Haur, del Dipartimento di Fisica, NUS ha scoperto che l'aggiunta di nanoparticelle d'oro (Au NP) a WS2 rafforza le emissioni di fluorescenza da esso, con la maggiore intensità luminosa dominata dagli eccitoni. Gli Au NP si comportano anche come nano-esploratori, esibendo preferenziale, decorazione site-selective che mappa interessanti motivi fluorescenti all'interno dei monostrati WS2! Questi modelli sono totalmente inaspettati poiché i ricercatori avevano inizialmente pensato che gli Au NP si sarebbero diffusi in modo casuale attraverso il materiale.
Il professor Sow ha detto, "I monostrati WS2 incontaminati mostrano una moltitudine di emissioni da vari eccitoni. Quando vengono aggiunti Au NP, il campo elettrico della luce può accoppiarsi con gli elettroni di superficie sulle nanoparticelle. La molecola WS2 beneficia di questa interazione potenziata per produrre una fluorescenza più brillante".
Prof Sow ha aggiunto, "La cosa più straordinaria, le Au NP trasformano il segnale fluorescente da WS2 che ha più picchi e componenti in uno che ha un picco ben definito. I picchi aggiuntivi possono essere attribuiti a trioni negativi, che sono eccitoni fortemente associati a un elettrone. Con la loro forte affinità per gli elettroni, le Au NP decorate sul monoflake WS2 di tipo n potrebbero ridurre efficacemente la densità elettronica nel monoflake WS2 e sopprimere la formazione di trioni. Questo può essere utile per applicazioni che richiedono luce con un profilo di lunghezza d'onda stretto."
