La deformazione del MoS2 porta all'osservazione dell'effetto flexo-fotovoltaico. Credito:Jie Jiang, Jian Shi
Materiali optoelettronici in grado di convertire l'energia della luce in elettricità, ed elettricità in luce, hanno applicazioni promettenti come emissione di luce, raccolta di energia, e tecnologie di rilevamento. Però, i dispositivi realizzati con questi materiali sono spesso afflitti da inefficienza, perdendo energia utile significativa sotto forma di calore. Per rompere gli attuali limiti di efficienza, sono necessari nuovi principi di conversione luce-elettricità.
Ad esempio, molti materiali che presentano proprietà optoelettroniche efficienti sono vincolati dalla simmetria di inversione, una proprietà fisica che limita il controllo degli elettroni nel materiale da parte degli ingegneri e le loro opzioni per la progettazione di dispositivi nuovi o efficienti. Nella ricerca pubblicata oggi in Nanotecnologia della natura , un team di scienziati e ingegneri dei materiali, guidato da Jian Shi, professore associato di scienza e ingegneria dei materiali al Rensselaer Polytechnic Institute, usato un gradiente di deformazione per rompere quella simmetria di inversione, creando un nuovo fenomeno optoelettronico nel promettente materiale disolfuro di molibdeno (MoS 2 )-per la prima volta.
Per rompere la simmetria di inversione, il team ha posizionato un ossido di vanadio (VO 2 ) filo sotto un foglio di MoS 2 . Il bisolfuro di molibdeno è un materiale flessibile, Shi ha detto, quindi ha deformato la sua forma originale per seguire la curva del VO 2 filo, creando un gradiente all'interno del suo reticolo cristallino. Immagina cosa succederebbe se mettessi un pezzo di carta su una matita che era appoggiata su un tavolo. La varia tensione creata nella carta è come il gradiente di deformazione formato nel MoS 2 reticolo.
Quel gradiente, Shi ha detto, rompe la simmetria di inversione del materiale e consente di manipolare gli elettroni che viaggiano all'interno del cristallo. La foto-risposta unica osservata vicino al gradiente di deformazione consente a una corrente di fluire attraverso il materiale. È noto come effetto flexo-fotovoltaico, e potrebbe essere sfruttato per progettare optoelettronica nuova e/o ad alta efficienza.
"Questa è la prima dimostrazione di un tale effetto in questo materiale, " Shi ha detto. "Se abbiamo una soluzione che non crea calore durante la conversione fotone-elettricità, allora i dispositivi o i circuiti elettronici potrebbero essere migliorati."
L'ossido di vanadio è molto sensibile alla temperatura, quindi il team è stato anche in grado di dimostrare che l'effetto flexo-fotovoltaico ha determinato una dipendenza dalla temperatura nel sito in cui il MoS 2 e VO 2 i materiali si incontrano, modificando di conseguenza il gradiente del reticolo.
"Questa scoperta suggerisce un nuovo principio che potrebbe essere utilizzato per il telerilevamento termico, " ha detto Jie Jiang, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Shi e il primo autore di questo articolo.
Quello che il team è stato in grado di dimostrare qui, Shi ha detto, non solo mostra grandi promesse per questo materiale, ma suggerisce anche il potenziale dell'utilizzo di tale approccio nell'ingegneria di altri materiali con proprietà optoelettroniche favorevoli che sono afflitti dalla simmetria di inversione.
