Pour la première fois, les scientifiques ont créé des couches uniques d'un minéral rare naturel appelé tungsténite, ou WS 2 . La feuille résultante d'atomes de soufre et de tungstène empilés forme un motif en nid d'abeille de triangles qui se sont avérés avoir une émission de lumière inhabituelle, ou photoluminescent, Propriétés. Selon le chef d'équipe Mauricio Terrones, professeur de physique et de science et ingénierie des matériaux à Penn State, les structures triangulaires ont des applications potentielles en technologie optique; par exemple, pour une utilisation dans les détecteurs de lumière et les lasers. Les résultats de la recherche seront publiés dans une édition imprimée de la revue Lettres nano .

Terrones a expliqué que la création de monocouches - simples, couches d'un atome d'épaisseur - est d'un intérêt particulier pour les scientifiques car les propriétés chimiques des minéraux et d'autres substances sont connues pour changer en fonction de leur épaisseur atomique, ouvrant la porte à des applications potentiellement utiles de matériaux multicouches de différentes épaisseurs. Dans des recherches antérieures, les scientifiques avaient accompli l'exploit de fabriquer une monocouche de graphène, une substance similaire au graphite que l'on trouve dans les mines de crayon. « La technique utilisée par ces chercheurs était fastidieuse, mais ça a marché, " a déclaré Terrones. " Ils ont essentiellement supprimé, ou exfolié, le graphène, couche par couche, avec du scotch, jusqu'à ce qu'ils aient atteint un seul atome d'épaisseur."

Maintenant, pour la première fois, Terrones et son équipe ont utilisé une méthode de réduction-sulfuration thermique contrôlée - ou dépôt chimique en phase vapeur - pour accomplir le même exploit avec un minéral rare appelé tungsténite. Les scientifiques ont commencé par déposer de minuscules cristaux d'oxyde de tungstène, qui mesurent moins d'un nanomètre de hauteur, et ils ont ensuite passé les cristaux à travers de la vapeur de soufre à 850 degrés Celsius. Ce processus a conduit à des couches individuelles - ou feuilles - composées d'un atome d'épaisseur. La structure résultante, appelée disulfure de tungstène, est un motif en nid d'abeille de triangles constitués d'atomes de tungstène liés à des atomes de soufre.

"L'une des propriétés les plus intéressantes de la monocouche de disulfure de tungstène est sa photoluminescence, " a déclaré Terrones. Terrones a expliqué que la photoluminescence se produit lorsqu'une substance absorbe la lumière à une longueur d'onde et la réémet à une longueur d'onde différente. La propriété de la photoluminescence se produit également chez certains animaux bioluminescents tels que les poissons-pêcheurs et les lucioles. " Une découverte intéressante de notre travail est le fait que nous voyons la photoluminescence la plus forte aux bords des triangles, là où la chimie des atomes change, avec beaucoup moins de photoluminescence au centre des triangles, " a déclaré Terrones. "Nous avons également constaté que ces nouvelles monocouches sont luminescentes à température ambiante. Ainsi, aucune exigence de température particulière n'est nécessaire pour que le matériau présente cette propriété."

Co-auteur Vincent H. Crespi, Professeur émérite de physique, Chimie, et la science et l'ingénierie des matériaux à Penn State, ajoutée, « Les images de la photoluminescence sont belles ; les triangles s'illuminent tout autour de leurs bords comme de petits ornements de vacances - des ornements de vacances avec des effets potentiellement transformateurs, applications à long terme en nano-optique.

La recherche a de nombreuses applications potentielles dans les domaines de la détection optique de la lumière, la fabrication de diodes électroluminescentes, et même la technologie laser. Les chercheurs prévoient également d'essayer la technologie de dépôt chimique en phase vapeur pour développer des monocouches innovantes en utilisant d'autres matériaux en couches avec des applications potentiellement utiles.