Le nouveau matériau prometteur bisulfure de molybdène (MoS 2 ) a un problème inhérent empreint d'ironie. Le plus grand atout du matériau, son épaisseur monocouche, est aussi son plus grand défi.

La structure ultra-mince de la monocouche MoS2 est solide, poids léger, et souple, ce qui en fait un bon candidat pour de nombreuses applications, telles que la haute performance, électronique flexible. Un tel matériau semi-conducteur mince, cependant, a très peu d'interaction avec la lumière, limitant l'utilisation du matériau dans les applications d'émission et d'absorption de lumière.

"Le problème avec ces matériaux est qu'ils ne sont qu'une monocouche d'épaisseur, " a déclaré Koray Aydin, professeur adjoint de génie électrique et d'informatique à la McCormick School of Engineering de la Northwestern University. "La quantité de matériau disponible pour l'émission ou l'absorption lumineuse est donc très limitée. Afin d'utiliser ces matériaux pour des applications photoniques et optoélectriques pratiques, nous devions augmenter leurs interactions avec la lumière."

Aydin et son équipe ont résolu ce problème en combinant la nanotechnologie, la science des matériaux, et plasmonique, l'étude des interactions entre la lumière et le métal. L'équipe a conçu et fabriqué une série de nanodisques d'argent et les a disposés de manière périodique sur une feuille de MoS2. Non seulement ils ont découvert que les nanodisques amélioraient l'émission de lumière, mais ils ont déterminé le diamètre spécifique du disque le plus réussi, qui est de 130 nanomètres.

"Nous savons que ces nanostructures plasmoniques ont la capacité d'attirer et de piéger la lumière dans un petit volume, " dit Serkan Butun, chercheur postdoctoral dans le laboratoire d'Aydin. "Maintenant, nous avons montré que placer des nanodisques d'argent sur le matériau produit douze fois plus d'émission de lumière."

L'utilisation des nanostructures, par opposition à l'utilisation d'un film continu pour couvrir le MoS 2 —permet au matériau de conserver sa nature flexible et ses propriétés mécaniques naturelles.

Soutenu par le Materials Research Science and Engineering Center de Northwestern et l'Institute for Sustainability and Energy de Northwestern, la recherche est décrite dans le numéro en ligne de mars 2015 de Lettres nano . Butun est le premier auteur de l'article. Sefaatiin Tongay, professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à l'Arizona State University, fourni le MoS monocouche à grande surface 2 matériel utilisé dans l'étude.

Avec des propriétés d'émission lumineuse améliorées, MoS 2 pourrait être un bon candidat pour les technologies de diodes électroluminescentes. La prochaine étape de l'équipe consiste à utiliser la même stratégie pour augmenter les capacités d'absorption de la lumière du matériau afin de créer un meilleur matériau pour les cellules solaires et les photodétecteurs.

"C'est un grand pas, mais ce n'est pas la fin de l'histoire, " Aydin a déclaré. "Il pourrait y avoir des moyens d'améliorer encore plus l'émission de lumière. Mais, jusque là, nous avons démontré avec succès qu'il est en effet possible d'augmenter l'émission de lumière à partir d'un matériau très fin."