O controle de ‘nanodot’ pode ajustar a luz para shows mais nítidos e computação quântica

Controle preciso recentemente alcançado sobre a luz emitida de fontes incrivelmente pequenas, alguns nanômetros de tamanho, incorporados em materiais bidimensionais (2D) podem levar a monitores notavelmente de alta resolução e avanços na computação quântica ultra-rápida, de acordo com uma equipe internacional liderada por pesquisadores da Penn State e Université Pariss-Saclay.

Em um estudo recente, publicado em Fotônica de ACSos cientistas trabalharam juntos para mostrar como a luz emitida dos materiais 2D pode ser modulada incorporando um segundo materials 2D dentro deles – como uma pequena ilha de alguns nanômetros de tamanho – chamou um nanodot. A equipe descreveu como eles alcançaram o confinamento de nanodots em duas dimensões e demonstraram que, controlando o tamanho da nanodot, eles poderiam alterar a cor e a frequência da luz emitida.

“Se você tiver a oportunidade de ter localizado emissão de luz A partir desses materiais que são relevantes nas tecnologias quânticas e eletrônicos, é muito emocionante “, disse Nasim Alem, professor associado de ciência e engenharia de materiais da Penn State, com o autor correspondente no estudo.” Prevendo a luz de um ponto-zero-dimensional em seu campo, como um ponto no espaço, e não apenas isso, mas também pode controlar. Você pode controlar a frequência. Você também pode controlar o comprimento de onda de onde ele vem. “

Os pesquisadores incorporaram nanodotes feitos de um materials 2D chamado diselenídeo de molibdênio dentro de outro materials 2D, o desleneto de tungstênio e depois apontou um feixe de elétrons para a estrutura para fazer a luz. Essa técnica, chamada catodoluminescência, permitiu à equipe estudar como os nanodots individuais na luz materials emitem em alta resolução.

“Combinando uma ferramenta de detecção de luz com um Microscópio eletrônico de transmissãoque é um microscópio poderoso que usa elétrons para imagens de amostras, você pode ver detalhes muito mais finos do que com outras técnicas “, disse Saiphaneendra Bachu, primeiro autor que serviu como o estudante de doutorado primário no estudo antes de obter um doutorado em Remolante, o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o que é o samsung austin e o samsung austin semicorctor”. DOT minúsculo separadamente de outro ponto próximo. “

Eles descobriram que pontos maiores emitem um tipo de brilho, enquanto pontos menores produzem outro. Quando os pontos são extremamente pequenos – sem 10 nanômetros de largura, o que é do tamanho de 11 átomos de hidrogênio dispostos em uma linha – eles se comportam de maneira única, prendendo a energia e emitindo luz com maior frequência, o que equivale a um comprimento de onda menor.

Segundo Alem, esse fenômeno é chamado de confinamento quântico. Ocorre quando os pontos estão contidos em um espaço tão pequeno que sua energia é quantizada, o que significa que se torna uma característica discreta que permite novas propriedades, incluindo novos recursos eletrônicos e ópticos. Nesse caso, os pesquisadores confirmaram que os nanodots confinaram pares fundamentais de partículas conhecidos como excitons na interface do diselenídeo de molibdênio e desleneto de tungstênio.

Os excitons podem transportar energia, mas não carregam uma carga líquida e podem influenciar como os semicondutores – os chips sustentando smartphones, computadores e muito mais – se tornam. Ao controlar com precisão os excitons nos materiais, os cientistas podem manipular a luz que emitem com mais eficácia, o que, segundo eles, pode levar a sistemas quânticos mais rápidos e seguros, bem como a outros dispositivos personalizáveis ​​de economia de energia, como exibições de tela de maior resolução.

“Pense em como as exibições OLED funcionam”, disse Bachu. “Cada pixel tem sua própria pequena fonte de luz por trás dele para que você possa controlar a cor ou o brilho exato de cada um. Isso permite que a tela mostre verdadeiras cores pretas e precisas, como vermelho, verde e azul. Se você melhorar esse processo, tornará a imagem muito mais nítida e mais vibrante”.

O controle vem do ajuste da lacuna da banda – essencialmente os elétrons de limiar de energia devem atravessar para fazer uma luz emitida de materials – de um materials semicondutor. Materiais com dimensões mais baixos, como uma única camada de desleneto de tungstênio em 2D, podem ter uma lacuna de banda direta, que é mais eficiente em emitir luz em comparação com seu colega de banda mais espessa e indireta, disse Alem.

Mas a eficiência da emissão de luz e outras propriedades eletrônicas e ópticas variam mesmo entre uma família de materiais 2D relacionados – como dissulfeto de molibdêniodissulfeto de tungstênio, diselenida de molibdênio e diselenida de tungstênio – porque cada um deles tem diferentes energias de hole de banda.

“Ao misturá -los – como combinar o diselenídeo de molibdênio e Deselenídeo de tungstênio Em proporções específicas-você pode ajustar a lacuna da banda para emitir luz em uma cor específica “, disse Bachu.” Esse processo, chamado Hole de banda A engenharia é possível devido à grande variedade de materiais nesta família, tornando -os uma excelente plataforma para estudar e criar essas fontes de luz “.

Os pesquisadores disseram que agora planejam desenvolver este trabalho.

“Esta é apenas a ponta do iceberg”, disse Alem. “Ao explorar o papel da estrutura atômica, química e outros fatores no controle da emissão de luz, enquanto expandem as lições aprendidas neste estudo, podemos mover essa pesquisa para o próximo nível e desenvolver aplicações práticas”.