Le future celle solari ultrasottili e le sorgenti luminose potrebbero avere le loro superfici coperte da minuscole trincee, dopo che i ricercatori di A*STAR hanno scoperto che tali strutture migliorano l'efficienza di quattro ordini di grandezza.

Joel Yang dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering faceva parte di una collaborazione internazionale che ha raggiunto 20, aumento di 000 volte della fotoluminescenza di uno strato di diseleniuro di tungsteno dello spessore di un atomo, montandolo su una superficie dorata modellata con sottili trench.

Il diseleniuro di tungsteno è promettente per ultrasensibili, sensori di luce ultrasottili, celle solari e diodi emettitori di luce, a causa della sua capacità di assorbire la luce e riemetterla a una frequenza diversa. Tuttavia questo effetto si verifica solo per un singolo strato di atomo, quindi la sua efficienza è molto bassa:la maggior parte della luce passa direttamente.

L'ispirazione di Yang è stata quella di montare lo strato su una superficie d'oro e intrappolare l'energia luminosa all'interfaccia dei due strati sotto forma di plasmoni di superficie. Per migliorare l'assorbimento della luce, hanno aggiunto trincee allo strato d'oro sotto il diseleniuro di tungsteno.

"Era molto sorprendente che un così grande miglioramento potesse essere possibile, "dice Yang.

La chiave era abbinare la dimensione della trincea all'energia in modo che i plasmoni fossero intrappolati nelle trincee attraverso un processo risonante noto come effetto Purcell.

Il team ha puntato una luce di 633 nanometri sul campione e ha misurato l'uscita a 750 nanometri. Hanno trovato trincee larghe 12 nm in uno schema a griglia con una spaziatura di 200 nanometri che ha dato la fotoluminescenza più alta - 20, 000 volte più di uno strato nudo di diseleniuro di tungsteno.

Per creare la struttura, il team ha inciso un cristallo di silicio molto piatto per creare una griglia di creste. Successivamente hanno depositato uno strato d'oro sul silicio e poi lo hanno staccato per rivelare le trincee dove erano state le creste.

"La ristrettezza delle trincee e la planarità del film metallico sono importanti, " Yang dice. "Qualsiasi rugosità interagirà negativamente con il materiale bidimensionale".

L'oro fu immerso nell'acqua e una pellicola di diseleniuro di tungsteno galleggiava sulla superficie dell'acqua. L'oro è stato poi sollevato lentamente dalla soluzione, emergendo con lo strato sottile sopra.

La struttura semplice ha molti vantaggi, dice Yang. "L'intera superficie è esposta all'utente, che facilita ulteriori ricerche, come funzionalizzare la superficie con prodotti chimici o aggiungere elettrodi".

È anche più facile da produrre rispetto ad altri dispositivi plasmonici, che richiedono un secondo strato sopra lo strato sottile, creare un panino.