Lorsque les électrons sont confinés dans de très petits espaces, ils peuvent présenter des caractéristiques électriques inhabituelles, comportement optique et magnétique. Du confinement des électrons dans du graphène à feuillet atomique bidimensionnel - un exploit qui a remporté le prix Nobel de physique en 2010 - à la restriction encore plus poussée des électrons pour atteindre l'unidimensionnalité, ce large axe de recherche transforme le paysage de la recherche fondamentale et des avancées technologiques en physique, chimie, récupération d'énergie, informations et au-delà.

Dans une étude publiée dans Communication Nature , une équipe internationale dirigée par des chercheurs de l'Université Aalto a maintenant découvert que le phosphore rouge fibreux, lorsque les électrons sont confinés dans ses sous-unités unidimensionnelles, peut montrer de grandes réponses optiques, c'est-à-dire le matériau présente une forte photoluminescence sous irradiation lumineuse. phosphore rouge, comme le graphène, appartient à un groupe unique de matériaux appelés matériaux de van der Waals (1D vdW) unidimensionnels. Un matériau vdW 1D est un type de matériau radicalement nouveau qui n'a été découvert qu'en 2017. Jusqu'à présent, la recherche sur les matériaux 1vdW s'est concentrée sur les propriétés électriques.

L'équipe a découvert les propriétés optiques du phosphore rouge fibreux vdW 1D grâce à des mesures telles que la spectroscopie de photoluminescence, où ils ont projeté une lumière laser sur les échantillons et mesuré la couleur et la luminosité de la lumière émise en retour. Les résultats montrent que le matériau vdW 1D présente des réponses optiques linéaires et non linéaires anisotropes géantes, en d'autres termes, les réponses optiques dépendent fortement de l'orientation du cristal de phosphore fibreux - ainsi que de l'intensité d'émission, qui concerne le nombre de photons émis pendant un temps donné.

"La façon dont il a répondu dans les expériences fait du phosphore rouge fibreux 1D vdW un matériau vraiment passionnant. Par exemple, il montre à la fois des réponses linéaires et non linéaires anisotropes géantes ainsi que l'intensité d'émission, ce qui est frappant, " dit le Dr Luojun Du, chercheur postdoctoral à l'Université Aalto.

La photoluminescence du matériau - l'effet couramment observé dans la vie quotidienne dans les panneaux réfléchissants ou les jouets phosphorescents pour enfants, lorsque la lumière est émise après absorption, a également surpris les chercheurs. L'équipe a comparé la photoluminescence du phosphore rouge fibreux avec le disulfure de molybdène monocouche (MoS2), qui est bien connu pour sa forte photoluminescence, et a constaté que l'intensité de la photoluminescence était plus de 40 fois plus intense, ce qui le rend ultra-lumineux, bien que très brièvement.

"La forte photoluminescence du phosphore rouge fibreux est inattendue. En fait, on s'attendait initialement à ce que la photoluminescence du phosphore rouge fibreux ne soit que faible. Sur la base de calculs théoriques, cet effet ne devrait pas être vraiment fort, nous faisons donc maintenant plus d'expériences pour clarifier l'origine de sa rémanence, " dit Du.

"Je pense que les matériaux van der Waals unidimensionnels comme le phosphore rouge fibreux sont vraiment prometteurs pour les écrans et d'autres applications, qui reposent sur des matériaux qui démontrent exactement les comportements que nous avons vus dans cette étude. Le spectre de sa réponse optique anisotrope semble également très large si on le compare aux réponses des matériaux conventionnels, " dit le professeur Zhipei Sun, qui dirige le groupe derrière l'étude.

L'étude a été publiée dans Communication Nature le 10 août 2021.