La figure montre l'image de microscopie à fluorescence d'un flocon WS2 de forme triangulaire. L'encart montre l'image de microscopie optique du monoflocon. (a) Lorsqu'il est excité, le flocon de forme triangulaire brille et affiche un motif fluorescent rouge captivant sous la forme d'une bande concentrique sombre et lumineuse. Le motif fluorescent concentrique est le résultat d'une variation délicate de la composition chimique au sein de la monocouche WS2. (b) Lors de la décoration de nanoparticules d'or, l'intensité fluorescente du WS2 est considérablement améliorée et intéressante, certaines régions sombres précédentes deviennent actives en fluorescence. Crédit : Matériaux optiques avancés, 2017
Les physiciens du NUS ont découvert que les nanoparticules d'or peuvent améliorer les émissions lumineuses des flocons de disulfure de tungstène (WS2) et révéler des changements infimes dans la composition du matériau.
Les dichalcogénures de métaux de transition (TMD) bidimensionnels (2D) présentent un grand potentiel en tant que capteurs et dispositifs optoélectroniques, car ils sont capables de présenter de forts signaux optiques (fluorescents). Disulfure de tungstène (WS2), un type de TMD, possède de fortes propriétés optiques sensibles à sa composition structurale et chimique. Les méthodes pour fonctionnaliser ses propriétés fluorescentes sont intéressantes car si l'action de détection entraîne un changement de couleur dans le matériau, il devient plus facile pour l'utilisateur de le détecter. Cette fluorescence est due à la recombinaison de paires électron-trou dans les TMD 2-D, qui ont également une réponse électrique associée qui peut être utilisée pour d'éventuelles applications optoélectroniques.
Une équipe de recherche dirigée par le professeur SOW Chorng Haur, du Département de physique, NUS a découvert que l'ajout de nanoparticules d'or (Au NPs) à WS2 renforce les émissions de fluorescence de celui-ci, avec l'intensité lumineuse plus élevée dominée par les excitons. Les NP Au se comportent aussi comme des nano-explorateurs, exposant préférentiel, décoration sélective sur site qui trace des motifs fluorescents intéressants dans les monocouches WS2 ! Ces schémas sont totalement inattendus car les chercheurs avaient initialement pensé que les NP Au se répandraient de manière aléatoire dans le matériau.
Le professeur Sow a dit, "Les monocouches vierges WS2 présentent une multitude d'émissions de divers excitons. Lorsque les NP Au sont ajoutées, le champ électrique de la lumière peut se coupler avec les électrons de surface sur les nanoparticules. La molécule WS2 bénéficie de cette interaction améliorée pour produire une fluorescence plus lumineuse. »
Prof Sow a ajouté, "Le plus remarquable, les NP Au transforment le signal fluorescent de WS2 qui a plusieurs pics et composants en un qui a un pic bien défini. Les pics supplémentaires peuvent être attribués à des trions négatifs, qui sont des excitons fortement associés à un électron. Avec leur forte affinité pour les électrons, les NP Au décorés sur le monoflocon WS2 de type n pourraient effectivement épuiser la densité électronique dans le monoflocon WS2 et supprimer la formation de trions. Cela peut être utile pour les applications qui nécessitent une lumière avec un profil de longueur d'onde étroit."
