Des scientifiques du Naval Research Laboratory (NRL) des États-Unis ont découvert une nouvelle méthode pour passiver les défauts dans les matériaux optiques de nouvelle génération afin d'améliorer la qualité optique et de permettre la miniaturisation des diodes électroluminescentes et d'autres éléments optiques.

« D'un point de vue chimique, nous avons découvert une nouvelle réaction photocatalytique utilisant la lumière laser et des molécules d'eau, ce qui est nouveau et excitant, " dit Saujan Sivaram, Doctorat., auteur principal de l'étude. « D'un point de vue général, ce travail permet l'intégration de haute qualité, optiquement actif, matériau atomiquement mince dans une variété d'applications, comme l'électronique, électro-catalyseurs, Mémoire, et les applications d'informatique quantique."

Les scientifiques du LNR ont développé une technique de traitement laser polyvalente pour améliorer considérablement les propriétés optiques du bisulfure de molybdène monocouche (MoS 2 ) - un semi-conducteur à gap direct - à haute résolution spatiale. Leur procédé produit une augmentation de 100 fois de l'efficacité d'émission optique du matériau dans les zones "écrites" avec le faisceau laser.

Selon Sivaram, des couches atomiquement minces de dichalcogénures de métaux de transition (TMD), comme le MoS 2 , sont des composants prometteurs pour les appareils flexibles, cellules solaires, et les capteurs optoélectroniques en raison de leur absorption optique élevée et de leur bande interdite directe.

"Ces matériaux semi-conducteurs sont particulièrement avantageux dans les applications où le poids et la flexibilité sont une prime, " dit-il. " Malheureusement, leurs propriétés optiques sont souvent très variables et non uniformes, ce qui rend essentiel l'amélioration et le contrôle des propriétés optiques de ces matériaux TMD pour réaliser des dispositifs fiables à haut rendement. »

"Les défauts sont souvent préjudiciables à la capacité de ces semi-conducteurs monocouches à émettre de la lumière, " dit Sivaram. " Ces défauts agissent comme des états pièges non radiatifs, produire de la chaleur au lieu de la lumière, donc, l'élimination ou la passivation de ces défauts est une étape importante vers des dispositifs optoélectroniques à haut rendement."

Dans une LED traditionnelle, environ 90 pour cent de l'appareil est un dissipateur thermique pour améliorer le refroidissement. La réduction des défauts permet aux appareils plus petits de consommer moins d'énergie, ce qui se traduit par une durée de vie opérationnelle plus longue pour les capteurs distribués et l'électronique à faible consommation.

Les chercheurs ont démontré que les molécules d'eau passivent le MoS 2 uniquement lorsqu'il est exposé à une lumière laser avec une énergie supérieure à la bande interdite du TMD. Le résultat est une augmentation de la photoluminescence sans décalage spectral.

Les régions traitées maintiennent une forte émission lumineuse par rapport aux régions non traitées qui présentent une émission beaucoup plus faible. Cela suggère que la lumière laser entraîne une réaction chimique entre les molécules de gaz ambiant et le MoS 2 .

"C'est une réalisation remarquable, " a déclaré Berend Jonker, Doctorat., scientifique principal et chercheur principal. "Les résultats de cette étude ouvrent la voie à l'utilisation de matériaux TMD essentiels au succès des dispositifs optoélectroniques et pertinents pour la mission du ministère de la Défense."