Una historia de portada que aparece en la revista revisada por pares. Horizontes a nanoescala informa un nuevo material bicapa, con cada capa que mide menos de un nanómetro de espesor, que algún día podría conducir a una emisión de luz más eficiente y versátil.

Los investigadores que trabajan en el Laboratorio de láser ultrarrápido de la Universidad de Kansas crearon con éxito el material combinando capas atómicamente delgadas de disulfuro de molibdeno y disulfuro de renio.

"Ambos absorben la luz muy bien como los semiconductores, y ambos son muy flexibles, se pueden estirar o comprimir, "dijo Hui Zhao, profesor asociado de física y astronomía en KU, quien fue coautor del artículo. "El objetivo de toda esta dirección de investigación es producir dispositivos emisores de luz, como los LED que son ultradelgados, de solo unos pocos nanómetros de grosor, y lo suficientemente flexibles como para poder doblarlos. Mostramos a través de este material bicapa, se puede lograr ".

Para explicar el avance, Zhao compara el comportamiento de los electrones en el nuevo material con un aula.

"Uno puede pensar en un material como un aula llena de estudiantes, que son los electrones, uno en cada asiento, ", dijo." Sentado en un asiento, un estudiante, o un electrón, no puede moverse libremente para conducir electricidad. La luz puede proporcionar suficiente energía para poner de pie a algunos de los estudiantes, que ahora puede moverse libremente y, como electrones, para conducir la electricidad. Este proceso es la base de los dispositivos fotovoltaicos, donde la energía de la luz solar se captura y se convierte en electricidad ".

El investigador de KU dijo que la emisión de luz implica el proceso inverso, en el que un electrón de pie se sienta en un asiento, liberando su energía cinética en forma de luz.

"Para hacer un buen material para dispositivos de emisión de luz, uno necesita no solo los electrones que transportan energía, sino también los 'asientos', llamados agujeros, para que los electrones se sienten, " él dijo.

Estudios previos de varios grupos, incluido el de Zhao, han producido varios materiales bicapa apilando diferentes tipos de hojas atómicas. Sin embargo, en estos materiales, los electrones y los "asientos" existen en diferentes capas atómicas.

"Debido a que los electrones no pueden encontrar fácilmente asientos, La eficiencia de emisión de luz de estos materiales bicapa es muy baja, más de 100 veces menor que en una capa atómica. " él dijo.

Pero en el nuevo material anunciado por Zhao y sus coautores, "Todos los electrones y sus asientos estarán en su capa original, en lugar de por separado. La emisión de luz será mucho más fuerte ".

Zhao y sus colegas investigadores Matthew Bellus, Samuel Lane, Frank Ceballos y Qiannan Cui, todos los estudiantes graduados de física de KU, y Ming Li y Xiao Cheng Zeng de la Universidad de Nebraska-Lincoln crearon el nuevo material utilizando el mismo método de "cinta adhesiva" de baja tecnología que fue pionero en la creación de grafeno, el material de una sola capa atómica que ganó a sus creadores el Premio Nobel de Física en 2010.

"Hay un truco, "Dijo Zhao." Usas cinta adhesiva para despegar una capa del cristal y luego doblas la cinta unas cuantas veces, de modo que cuando empuja la cinta contra un sustrato y la despega rápidamente, parte del material quedará sobre el sustrato. Bajo un microscopio las secciones de capa de un solo átomo tendrán un color diferente debido a su grosor, muy parecido a una fina película de aceite sobre agua ".

Los investigadores del Laboratorio de láser ultrarrápido de KU, dirigido por Bellus, el primer autor del artículo, luego logró el paso más desafiante:apilar la capa de MoS2 encima de ReS2, con una precisión mejor que un micrómetro. Las láminas atómicamente delgadas estaban conectadas por la llamada fuerza de van der Waals, la misma fuerza que permite a un gecko escalar un cristal de ventana liso. "La fuerza de van der Waals no es muy sensible a la disposición atómica, "dijo Zhao." Entonces, uno puede usar estas hojas atómicas para formar materiales multicapa, de una manera como los Legos atómicos ".

Después de que se hicieron las muestras, los miembros del equipo utilizaron láseres ultrarrápidos para observar el movimiento de los electrones y los asientos entre las dos capas atómicas, y vieron una clara evidencia de que tanto los electrones como los asientos pueden moverse de MoS2 a ReS2, pero no en la dirección opuesta.

Al hacerlo, el equipo confirmó los cálculos teóricos realizados por Li y Zeng, que previamente había analizado las propiedades relacionadas de una docena de hojas atómicas, y predijo que las bicapas formadas por MoS2 y ReS2 serían prometedoras como base para la tecnología LED.

Según Zhao, el objetivo final es desarrollar un método que permita un control preciso de la ubicación de los electrones y los asientos entre las diferentes capas atómicas para que las propiedades electrónicas y ópticas del material puedan controlarse y optimizarse.

"Algún día nos gustaría ver LED más delgados, más eficiente energéticamente y flexible, ", dijo." Piensa en la pantalla de una computadora o un teléfono si pudieras doblarlo un par de veces o guardarlo en tu bolsillo ".