Valon hienosäätöä nanopisteillä

Penn Staten ja Paris-Saclay yliopistojen tutkijoiden johtaman ryhmän mukaan äskettäin saavutettiin tarkka hallinta valolle, joka säteilee uskomattoman pienistä, muutaman nanometrin kokoisista lähteistä, joka on upotettu kaksiulotteisiin (2D) materiaaleihin.

Työssä osoitettiin kuinka 2D-materiaaleista emittoitua valoa voidaan moduloida upottamalla niiden sisään toinen 2D-materiaalista tehty muutaman nanometrin kokoinen nanopiste. Järjestelyn avulla he osoittivat, että nanopisteiden kokoa säätelemällä he saattoivat muuttaa emittoidun valon väriä ja taajuutta

Kun tutkimusmielessä rakenteeseen suunnattiin elektronisäde, se emittoi valoa, jolloin tämä katodiluminesenssiksi kutsuttu tekniikka antoi ryhmälle mahdollisuuden tutkia, kuinka yksittäiset nanopisteet materiaalissa emittoivat valoa korkealla resoluutiolla.

"Yhdistämällä valontunnistustyökalu transmissioelektronimikroskooppiin, joka on tehokas mikroskooppi, joka käyttää elektroneja näytteiden kuvaamiseen, voit nähdä paljon hienompia yksityiskohtia kuin muilla tekniikoilla", sanoi tohtoriopiskelija Saiphaneendra Bachu. "Elektroneilla on pienet aallonpituudet, joten resoluutio on uskomattoman korkea, jolloin voi havaita valon yhdestä pienestä pisteestä riippumatta toisesta lähellä olevasta pisteestä."

He havaitsivat, että suuremmat pisteet tuottavat yhden tyyppistä hehkua, kun taas pienemmät pisteet tuottavat toisenlaista hehkua. Kun pisteet ovat äärimmäisen pieniä – alle 10 nanometriä leveitä, mikä vastaa noin 11 linjaan järjestetyn vetyatomin kokoa – ne käyttäytyvät ainutlaatuisella tavalla vangiten energiaa ja emittoiden valoa korkeammalla taajuudella, mikä vastaa pienempää aallonpituutta.

Käyttäytymistä kutsutaan kvanttirajoitukseksi. Se tapahtuu, kun pisteet ovat niin pienessä tilassa, että niiden energia kvantisoituu, jolloin syntyy uusia elektronisia ja optisia ominaisuuksia. Tässä tapauksessa tutkijat vahvistivat, että nanopisteet rajoittivat perushiukkaspareja, jotka tunnetaan eksitoneina molybdeenidiselenidin ja volframidiselenidin rajapinnassa.

Eksitonit voivat kuljettaa energiaa, mutta ne eivät sisällä nettovarausta, ja ne voivat vaikuttaa puolijohteiden – älypuhelimien, tietokoneiden ja muiden taustalla olevien sirujen – käyttäytymiseen.

Ohjaamalla tarkasti materiaalien eksitoneja, tutkijat voivat manipuloida emittoimansa valoa tehokkaammin, mikä heidän mukaansa voisi johtaa nopeampiin ja turvallisempiin kvanttijärjestelmiin sekä muihin muokattavissa oleviin, energiaa säästäviin laitteisiin, kuten korkeamman resoluution näyttöihin.

"Tämä on vain jäävuoren huippu", Alem sanoi. "Tutkimalla atomirakenteen, kemian ja muiden tekijöiden roolia valoemission hallinnassa ja laajentamalla tässä tutkimuksessa saatuja kokemuksia voimme siirtää tämän tutkimuksen uudelle tasolle ja kehittää käytännön sovelluksia."

Aiheesta aiemmin:

Kuinka hiilinanoputket antavat enemmän valoa kuin saavat

Elektroneja ja aukkoja yhdistellen

Viritettävät kvanttiloukut eksitoneille