De nouvelles possibilités de développements futurs dans les dispositifs électroniques et optiques ont été ouvertes par les récents progrès des matériaux bidimensionnels (2-D), selon les chercheurs de Penn State.

Les chercheurs, dirigé par Shengxi Huang, professeur adjoint de génie électrique et de génie biomédical à Penn State, a récemment publié les résultats de deux découvertes distinctes mais liées concernant leur succès dans la modification des matériaux 2D minces pour des applications dans de nombreux dispositifs optiques et électroniques. En modifiant le matériau de deux manières différentes, atomiquement et physiquement, les chercheurs ont pu améliorer l'émission de lumière et augmenter la force du signal, repousser les limites de ce qui est possible avec des appareils qui reposent sur ces matériaux.

Dans la première méthode, les chercheurs ont modifié la composition atomique des matériaux. Dans les matériaux 2D couramment utilisés, les chercheurs s'appuient sur l'interaction entre les couches minces, connu sous le nom de couplage intercouche van der Waals, pour créer un transfert de charge qui est ensuite utilisé dans les appareils. Cependant, ce couplage intercouche est limité car les charges sont traditionnellement réparties uniformément sur les deux faces de chaque couche.

Afin de renforcer le couplage, les chercheurs ont créé un nouveau type de matériau 2D connu sous le nom de dichalcogénures de métal de transition de Janus en remplaçant les atomes d'un côté de la couche par un autre type d'atomes, créant une répartition inégale de la charge.

"Ce [changement atomique] signifie que la charge peut être répartie de manière inégale, " dit Huang. " Cela crée un champ électrique dans l'avion, et peut attirer différentes molécules à cause de cela, ce qui peut améliorer l'émission de lumière."

Aussi, si le couplage intercouche van der Waals peut être réglé au bon niveau en tordant les couches avec un certain angle, il peut induire la supraconductivité, ayant des implications pour les progrès des dispositifs électroniques et optiques.

Dans la deuxième méthode de modification des matériaux 2D pour améliorer leurs capacités, les chercheurs ont renforcé le signal résultant d'un processus d'augmentation de l'énergie en prenant une couche de MoS2, un matériau 2-D commun qui est généralement plat et mince, et le rouler dans une forme grossièrement cylindrique.

Le processus de conversion d'énergie qui a lieu avec le matériau MoS2 fait partie d'un effet optique non linéaire où, si une lumière est projetée dans un objet, la fréquence est doublée, c'est là qu'intervient la conversion d'énergie.

"Nous voulons toujours doubler la fréquence dans ce processus, " dit Huang. " Mais le signal est généralement très faible, Il est donc très important d'améliorer le signal."

En roulant le matériau, les chercheurs ont obtenu une amélioration du signal de plus de 95 fois.

Maintenant, Huang prévoit de combiner ces deux avancées.

« La prochaine étape de notre recherche consiste à déterminer comment nous pouvons combiner l'ingénierie atomique et l'ingénierie de forme pour créer de meilleurs dispositifs optiques, " elle a dit.

Un article sur la recherche de la structure atomique, "Amélioration du couplage intercalaire van der Waals via Polar Janus MoSSe, " a été récemment publié dans le Journal de l'American Chemical Society (ACS). Le papier sur la recherche du laminage des matériaux, " Deuxième génération harmonique dépendante de la chiralité de MoS2Nanoscroll avec une efficacité améliorée, " a été publié récemment dans ACS Nano .