Nuove possibilità per futuri sviluppi nei dispositivi elettronici e ottici sono state sbloccate dai recenti progressi nei materiali bidimensionali (2-D), secondo i ricercatori della Penn State.

I ricercatori, guidato da Shengxi Huang, assistente professore di ingegneria elettrica e ingegneria biomedica alla Penn State, ha recentemente pubblicato i risultati di due scoperte separate ma correlate riguardanti il ​​loro successo nell'alterare i sottili materiali 2-D per applicazioni in molti dispositivi ottici ed elettronici. Modificando il materiale in due modi diversi, atomicamente e fisicamente, i ricercatori sono stati in grado di migliorare l'emissione di luce e aumentare la potenza del segnale, ampliando i limiti di ciò che è possibile con i dispositivi che si basano su questi materiali.

Nel primo metodo, i ricercatori hanno modificato la composizione atomica dei materiali. Nei materiali 2D comunemente usati, i ricercatori si affidano all'interazione tra gli strati sottili, noto come giunto intercalare van der Waals, per creare un trasferimento di carica che viene poi utilizzato nei dispositivi. Però, questo accoppiamento intercalare è limitato in quanto le cariche sono tradizionalmente distribuite uniformemente sui due lati di ogni strato.

Per rafforzare l'accoppiamento, i ricercatori hanno creato un nuovo tipo di materiale 2-D noto come dicalcogenuri di metalli di transizione Janus sostituendo gli atomi su un lato dello strato con un diverso tipo di atomi, creando una distribuzione non uniforme della carica.

"Questo [cambiamento atomico] significa che la carica può essere distribuita in modo non uniforme, " disse Huang. "Questo crea un campo elettrico all'interno dell'aereo, e può attrarre molecole diverse a causa di ciò, che può migliorare l'emissione di luce."

Anche, se l'accoppiamento intercalare van der Waals può essere regolato al giusto livello torcendo gli strati con un certo angolo, può indurre superconduttività, portando implicazioni per i progressi nei dispositivi elettronici e ottici.

Nel secondo metodo di alterazione dei materiali 2-D per migliorarne le capacità, i ricercatori hanno rafforzato il segnale risultante da un processo di conversione energetica prendendo uno strato di MoS2, un comune materiale 2-D che di solito è piatto e sottile, e arrotolarlo in una forma grossolanamente cilindrica.

Il processo di conversione dell'energia che avviene con il materiale MoS2 fa parte di un effetto ottico non lineare dove, se una luce viene illuminata su un oggetto, la frequenza è raddoppiata, è qui che entra in gioco la conversione di energia.

"Vogliamo sempre raddoppiare la frequenza in questo processo, " disse Huang. "Ma il segnale di solito è molto debole, quindi migliorare il segnale è molto importante."

Rotolando il materiale, i ricercatori hanno ottenuto un miglioramento del segnale di oltre 95 volte.

Ora, Huang ha intenzione di mettere insieme questi due progressi.

"Il prossimo passo per la nostra ricerca è rispondere a come possiamo combinare l'ingegneria atomica e l'ingegneria della forma per creare dispositivi ottici migliori, " lei disse.

Un articolo sulla ricerca della struttura atomica, "Miglioramento dell'accoppiamento intercalare van der Waals attraverso Polar Janus MoSSe, " è stato recentemente pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana (SINDROME CORONARICA ACUTA). Il paper sulla ricerca della laminazione dei materiali, "Seconda generazione armonica dipendente dalla chiralità di MoS2Nanoscroll con efficienza migliorata, " è stato pubblicato di recente in ACS Nano .