Valo voi muokata atominohuita puolijohteita

Rice Universityssä on tutkittu siirtymämetallidikalkogenideinä (TMD) tunnettuja atominohuita puolijohteita ja havaittu, että valo voi laukaista fyysisen muutoksen niiden atomihilassa, mikä luo viritettävän tavan säätää materiaalien käyttäytymistä ja ominaisuuksia.

Kaksinaamisen roomalaisen siirtymäjumalan Januksen mukaan nimetyn TMD-alatyypin havaittu vaikutus voisi edistää sähkön sijaan valoa käyttäviä teknologioita nopeammista ja viileämmistä tietokonesiruista ultraherkkiin antureihin ja joustaviin optoelektronisiin laitteisiin.

TMD-materiaalien perheessä Janus-materiaalit erottuvat epäsymmetrisyydellään – ajatus, joka heijastuu niiden nimessä. Kuten mytologisessa nimessään, näillä materiaaleilla on kaksi eri puolta: Ylä- ja ala-atomit koostuvat eri kemiallisista lajeista, mikä luo sisäisen epätasapainon, joka antaa kiteelle sisäänrakennetun sähköisen napaisuuden, mikä tekee siitä erityisen herkän valolle ja ulkoisille voimille.

"Työmme tutkii, miten Janus-materiaalien rakenne vaikuttaa niiden optiseen käyttäytymiseen ja miten valo itsessään voi tuottaa voiman materiaaleissa", Zhang sanoi.

Käyttäen eriväristä laservaloa, tiimi tutki, kuinka kaksikerroksinen Janus TMD -materiaali – molybdeenidisulfidille kerrostettu molybdeenirikkisetenidi – muuntaa valoa toisen harmonisen generoinnin (SHG) avulla. He havaitsivat, että kun tuleva valo vastasi materiaalin luonnollisia resonansseja, kaksinkertaisen taajuuden valokuvio vääristyi, mikä viestitti siitä, että sisällä olevat atomit siirtyivät paikoiltaan.

”Havaitsimme, että Janus-molybdeenirikkiselenidiin ja molybdeenidisulfidiin kohdistettu valo luo materiaalin sisään pieniä, suuntaavia voimia, jotka näkyvät muutoksina sen SHG-kuviossa”, Zhang sanoi.

Tutkimusryhmä jäljitti vääristymän optostriktioon, prosessiin, jossa valon sähkömagneettinen kenttä itsessään kohdistaa mekaanisen työntövoiman atomeihin. Janus-materiaaleissa tätä työntövoimaa vahvistaa atomikerrosten välinen voimakas kytkentä, jolloin pienetkin voimat voivat tuottaa mitattavissa olevaa venymää.

”Janus-materiaalit sopivat tähän ihanteellisesti, koska niiden epätasainen koostumus luo paremman kytkennän kerrosten välille, mikä tekee niistä herkempiä valon pienille voimille – voimille, jotka ovat niin pieniä, että niitä on vaikea mitata suoraan, mutta voimme havaita ne SHG-signaalikuvion muutosten kautta”, Zhang sanoi.

Tuo herkkyys voisi tehdä näistä materiaaleista hyödyllisiä paljon laboratorion ulkopuolellakin. Tällä periaatteella valoa kytkevät tai reitittävät komponentit voisivat tehdä optisista siruista nopeampia ja paljon energiatehokkaampia, koska valoon perustuvat piirit tuottavat vähemmän lämpöä kuin perinteinen elektroniikka.

Aiheesta aiemmin:

Grafeeninauhat ja kiraalisuus kehittämään kvanttiteknologiaa

Harvinaisista maametalleista vapaita magneetteja