I materiali bidimensionali chiamati aggregati molecolari sono emettitori di luce molto efficaci che funzionano su un principio diverso rispetto ai tipici diodi organici a emissione di luce (OLED) o punti quantici. Ma il loro potenziale come componenti per nuovi tipi di dispositivi optoelettronici è stato limitato dal loro tempo di risposta relativamente lento. Ora, ricercatori del MIT, l'Università della California a Berkeley, e la Northeastern University hanno trovato un modo per superare questa limitazione, potenzialmente aprendo una varietà di applicazioni per questi materiali.

I risultati sono descritti nella rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , in un articolo del professore associato di ingegneria meccanica del MIT Nicholas X. Fang, postdoc Qing Hu e Dafei Jin, e altri cinque.

La chiave per migliorare il tempo di risposta di questi aggregati molecolari 2-D (2DMA), Fang e la sua squadra hanno trovato, consiste nell'accoppiare quel materiale con uno strato sottile di un metallo come l'argento. L'interazione tra il 2DMA e il metallo che si trova a pochi nanometri di distanza aumenta di oltre dieci volte la velocità degli impulsi luminosi del materiale.

Questi materiali 2DMA presentano una serie di proprietà insolite e sono stati utilizzati per creare forme esotiche di materia, noti come condensati di Bose-Einstein, a temperatura ambiente, mentre altri approcci richiedevano un raffreddamento estremo. Sono stati applicati anche in tecnologie come le celle solari e le antenne organiche che raccolgono la luce. Ma il nuovo lavoro individua per la prima volta la forte influenza che può avere una lamiera molto stretta sul modo in cui questi materiali emettono luce.

Affinché questi materiali siano utili in dispositivi come i chip fotonici, che sono come i chip semiconduttori ma svolgono le loro operazioni utilizzando la luce anziché gli elettroni, "la sfida è essere in grado di accenderli e spegnerli rapidamente, "che prima non era possibile, dice Fang.

Con il substrato metallico nelle vicinanze, il tempo di risposta per l'emissione di luce è sceso da 60 picosecondi (trilionesimi di secondo) a soli 2 picosecondi, Fang dice:"Questo è piuttosto eccitante, perché abbiamo osservato questo effetto anche quando il materiale si trova a 5-10 nanometri di distanza dalla superficie, " con uno strato distanziatore di polimero in mezzo. Questa è una separazione sufficiente che fabbricare tali materiali accoppiati in quantità non dovrebbe essere un processo eccessivamente impegnativo. "Pensiamo che questo sia qualcosa che potrebbe essere adattato alla stampa roll-to-roll, " lui dice.

Se utilizzato per l'elaborazione del segnale, come l'invio di dati tramite luce piuttosto che onde radio, Zanna dice, questo progresso potrebbe portare a una velocità di trasmissione dati di circa 40 gigahertz, che è otto volte più veloce di quanto tali dispositivi possano attualmente fornire. Questo è "un passo molto promettente, ma è ancora molto presto" per tradurlo in pratica, dispositivi fabbricabili, mette in guardia.

Il team ha studiato solo uno dei tanti tipi di aggregati molecolari che sono stati sviluppati, quindi potrebbero esserci ancora opportunità di trovare varianti ancora migliori. "Si tratta in realtà di una famiglia molto ricca di materiali luminosi, "Dice Fang.

Poiché la reattività del materiale è così fortemente influenzata dall'esatta vicinanza del vicino substrato metallico, tali sistemi potrebbero essere utilizzati anche per strumenti di misura molto precisi. "L'interazione è ridotta in funzione della dimensione del gap, quindi ora potrebbe essere usato se vogliamo misurare la vicinanza di una superficie, "Dice Fang.

Mentre il team continua i suoi studi su questi materiali, un passo successivo è studiare gli effetti che potrebbe avere la modellatura della superficie metallica, poiché i test finora hanno utilizzato solo superfici piane. Altre domande da affrontare includono la determinazione della vita utile di questi materiali e il modo in cui potrebbero essere prolungati.

Fang afferma che un primo prototipo di un dispositivo che utilizza questo sistema potrebbe essere prodotto "entro un anno circa".