(Arriba) Ilustración de una molécula de agua que se une en una vacante de azufre en el MoS2 tras la exposición a la luz láser. (Abajo) Aumento de la fotoluminiscencia (PL) observado durante la exposición a la luz láser en el ambiente. (Recuadro) Imagen de fluorescencia que muestra regiones iluminadas que deletrean 'NRL'. Crédito:Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU.
Los científicos del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. (NRL) descubrieron un nuevo método para pasivar defectos en materiales ópticos de próxima generación para mejorar la calidad óptica y permitir la miniaturización de diodos emisores de luz y otros elementos ópticos.
"Desde el punto de vista de la química, hemos descubierto una nueva reacción fotocatalítica utilizando luz láser y moléculas de agua, que es nuevo y emocionante, "dijo Saujan Sivaram, Doctor., autor principal del estudio. "Desde una perspectiva general, este trabajo permite la integración de alta calidad, activo ópticamente, material atómicamente delgado en una variedad de aplicaciones, como la electrónica, electrocatalizadores, memoria, y aplicaciones de computación cuántica ".
Los científicos de NRL desarrollaron una técnica de procesamiento láser versátil para mejorar significativamente las propiedades ópticas del disulfuro de molibdeno monocapa (MoS 2 ) —Un semiconductor de espacio directo— con alta resolución espacial. Su proceso produce un aumento de 100 veces en la eficiencia de emisión óptica del material en las áreas "escritas" con el rayo láser.
Según Sivaram, capas atómicamente delgadas de dicalcogenuros de metales de transición (TMD), como MoS 2 , son componentes prometedores para dispositivos flexibles, células solares, y sensores optoelectrónicos debido a su alta absorción óptica y banda prohibida directa.
"Estos materiales semiconductores son particularmente ventajosos en aplicaciones donde el peso y la flexibilidad son primordiales, ", dijo." Desafortunadamente, sus propiedades ópticas son a menudo muy variables y no uniformes, por lo que es fundamental mejorar y controlar las propiedades ópticas de estos materiales TMD para realizar dispositivos fiables de alta eficiencia ".
"Los defectos a menudo son perjudiciales para la capacidad de estos semiconductores monocapa para emitir luz, "Sivaram dijo." Estos defectos actúan como estados de trampa no radiativa, produciendo calor en lugar de luz, por lo tanto, eliminar o pasivar estos defectos es un paso importante hacia los dispositivos optoelectrónicos de alta eficiencia ".
En un LED tradicional, aproximadamente el 90 por ciento del dispositivo es un disipador de calor para mejorar la refrigeración. Los defectos reducidos permiten que los dispositivos más pequeños consuman menos energía, lo que se traduce en una vida útil más prolongada para los sensores distribuidos y la electrónica de baja potencia.
Los investigadores demostraron que las moléculas de agua pasivan el MoS 2 sólo cuando se expone a luz láser con una energía por encima de la banda prohibida del TMD. El resultado es un aumento de la fotoluminiscencia sin desplazamiento espectral.
Las regiones tratadas mantienen una fuerte emisión de luz en comparación con las regiones no tratadas que exhiben una emisión mucho más débil. Esto sugiere que la luz láser impulsa una reacción química entre las moléculas de gas ambiental y el MoS. 2 .
"Este es un logro notable, "dijo Berend Jonker, Doctor., científico senior e investigador principal. "Los resultados de este estudio allanan el camino para el uso de materiales TMD críticos para el éxito de los dispositivos optoelectrónicos y relevantes para la misión del Departamento de Defensa".
