La figura muestra la imagen de microscopía de fluorescencia de un copo de WS2 de forma triangular. El recuadro muestra la imagen de microscopía óptica del monoflake. (a) Cuando está emocionado, el copo de forma triangular se ilumina y muestra un cautivador patrón rojo fluorescente en forma de una banda concéntrica oscura y brillante. El patrón fluorescente concéntrico es el resultado de una delicada variación en la composición química dentro de la monocapa WS2. (b) Tras la decoración de nanopartículas de oro, la intensidad fluorescente del WS2 se mejora significativamente y, curiosamente, algunas regiones oscuras anteriores se vuelven activas por fluorescencia. Crédito:Materiales ópticos avanzados, 2017
Los físicos de NUS han descubierto que las nanopartículas de oro pueden mejorar las emisiones de luz de las escamas de disulfuro de tungsteno (WS2) y revelar cambios mínimos en la composición del material.
Los dicalcogenuros de metales de transición (TMD) bidimensionales (2-D) muestran un gran potencial como sensores y dispositivos optoelectrónicos, ya que pueden exhibir fuertes señales ópticas (fluorescentes). Disulfuro de tungsteno (WS2), un tipo de TMD, tiene fuertes propiedades ópticas que son sensibles a su composición estructural y química. Los métodos para funcionalizar sus propiedades fluorescentes son de interés porque si la acción de detección da como resultado un cambio de color en el material, al usuario le resulta más fácil detectarlo. Esta fluorescencia se debe a la recombinación de pares de agujeros de electrones en los TMD 2-D, que también tienen una respuesta eléctrica asociada que se puede utilizar para posibles aplicaciones optoelectrónicas.
Un equipo de investigación dirigido por el profesor SOW Chorng Haur, del Departamento de Física, NUS ha descubierto que la adición de nanopartículas de oro (Au NP) a WS2 refuerza las emisiones de fluorescencia de la misma, con la mayor intensidad de luz dominada por excitones. Los Au NP también se comportan como nano-exploradores, exhibiendo preferencial, decoración selectiva del sitio que traza patrones fluorescentes interesantes dentro de las monocapas WS2. Estos patrones son totalmente inesperados, ya que los investigadores inicialmente habían pensado que los NP de Au se distribuirían de forma aleatoria por todo el material.
El profesor Sow dijo:"Las monocapas de WS2 prístinas exhiben una multitud de emisiones de varios excitones. Cuando se agregan NP de Au, el campo eléctrico de la luz puede acoplarse con los electrones superficiales de las nanopartículas. La molécula WS2 se beneficia de esta interacción mejorada para producir una fluorescencia más brillante ".
Prof Sow agregó, "Más notablemente, las NP de Au transforman la señal fluorescente de WS2 que tiene múltiples picos y componentes en una que tiene un pico bien definido. Los picos adicionales pueden atribuirse a triones negativos, que son excitones que están fuertemente asociados con un electrón. Con su fuerte afinidad por los electrones, las NP de Au decoradas en la monoflaca WS2 de tipo n podrían reducir eficazmente la densidad de electrones en la monoflaca WS2 y suprimir la formación de triones. Esto puede resultar útil para aplicaciones que requieren luz con un perfil de longitud de onda estrecho ".
