Un team guidato da ricercatori della National University of Singapore (NUS) ha sviluppato un metodo per migliorare l'efficienza della fotoluminescenza del diseleniuro di tungsteno, un semiconduttore bidimensionale, aprendo la strada all'applicazione di tali semiconduttori in dispositivi optoelettronici e fotonici avanzati.

Il diseleniuro di tungsteno è un semiconduttore a spessore di singola molecola che fa parte di una classe emergente di materiali chiamati dicalcogenuri di metalli di transizione (TMDC), che hanno la capacità di convertire la luce in elettricità e viceversa, rendendoli forti potenziali candidati per dispositivi optoelettronici come celle solari a film sottile, fotorivelatori circuiti logici flessibili e sensori. Però, la sua struttura atomicamente sottile riduce le sue proprietà di assorbimento e fotoluminescenza, limitando così le sue applicazioni pratiche.

Incorporando monostrati di diseleniuro di tungsteno su substrati d'oro con trincee di dimensioni nanometriche, il gruppo di ricerca, guidato dal Professor Andrew Wee del Dipartimento di Fisica presso la Facoltà di Scienze del NUS, ha migliorato con successo la fotoluminescenza del nanomateriale fino a 20, 000 volte. Questa svolta tecnologica crea nuove opportunità di applicazione del diseleniuro di tungsteno come nuovo materiale semiconduttore per applicazioni avanzate.

Signora Wang Zhuo, un dottorando della NUS Graduate School for Integrative Sciences and Engineering (NGS) e primo autore dell'articolo, spiegato, "Questo è il primo lavoro che dimostra l'uso di nanostrutture plasmoniche d'oro per migliorare la fotoluminescenza del diseleniuro di tungsteno, e siamo riusciti a ottenere un miglioramento senza precedenti dell'assorbimento della luce e dell'efficienza di emissione di questo nanomateriale".

Elaborando il significato del nuovo metodo, Il professor Wee ha detto, "La chiave di questo lavoro è la progettazione dei modelli di nanoarray plasmonici d'oro. Nel nostro sistema, le risonanze possono essere sintonizzate per essere abbinate alla lunghezza d'onda del laser della pompa variando il passo delle strutture. Questo è fondamentale per l'accoppiamento del plasmone con la luce per ottenere un confinamento ottimale del campo".

La nuova ricerca è stata pubblicata per la prima volta online sulla rivista Comunicazioni sulla natura il 6 maggio 2016.

Il prossimo passo

Il nuovo metodo sviluppato dal team NUS, in collaborazione con ricercatori della Singapore University of Technology and Design e dell'Imperial College, apre una nuova piattaforma per studiare nuove proprietà elettriche e ottiche nel sistema ibrido di oro con diseleniuro di tungsteno. Andando avanti, il team di ricerca studierà ulteriormente l'efficacia del plasmone d'oro laterale nel migliorare la generazione della seconda armonica e l'elettroluminescenza dei TMDC. Investigheranno anche questi effetti in altri dicalcogenuri di metalli di transizione bidimensionali con differenti band gap, poiché ci si aspetta che mostrino diversi meccanismi di interazione.