Los avances recientes en materiales bidimensionales (2-D) han abierto nuevas posibilidades para futuros desarrollos en dispositivos electrónicos y ópticos, según los investigadores de Penn State.

Los investigadores, dirigido por Shengxi Huang, profesor asistente de ingeniería eléctrica e ingeniería biomédica en Penn State, publicó recientemente los resultados de dos descubrimientos separados pero relacionados con respecto a su éxito en la alteración de los materiales 2-D delgados para aplicaciones en muchos dispositivos ópticos y electrónicos. Al alterar el material de dos formas diferentes, atómica y físicamente, los investigadores pudieron mejorar la emisión de luz y aumentar la intensidad de la señal. expandiendo los límites de lo que es posible con dispositivos que se basan en estos materiales.

En el primer método, los investigadores modificaron la composición atómica de los materiales. En materiales 2-D de uso común, los investigadores confían en la interacción entre las capas delgadas, conocido como acoplamiento entre capas de van der Waals, para crear una transferencia de carga que luego se utiliza en los dispositivos. Sin embargo, este acoplamiento entre capas es limitado porque las cargas se distribuyen tradicionalmente de manera uniforme en los dos lados de cada capa.

Para fortalecer el acoplamiento, los investigadores crearon un nuevo tipo de material 2-D conocido como dicalcogenuros de metales de transición de Janus al reemplazar átomos en un lado de la capa con un tipo diferente de átomos, creando una distribución desigual de la carga.

"Este [cambio atómico] significa que la carga se puede distribuir de manera desigual, ", Dijo Huang." Eso crea un campo eléctrico dentro del avión, y puede atraer diferentes moléculas debido a eso, que puede mejorar la emisión de luz ".

También, si el acoplamiento entre capas de van der Waals se puede ajustar al nivel correcto girando capas con un cierto ángulo, puede inducir superconductividad, con implicaciones para los avances en dispositivos electrónicos y ópticos.

En el segundo método de alterar materiales 2-D para mejorar sus capacidades, los investigadores reforzaron la señal que resultó de un proceso de conversión de energía al tomar una capa de MoS2, un material 2-D común que suele ser plano y delgado, y enrollarlo en una forma aproximadamente cilíndrica.

El proceso de conversión de energía que tiene lugar con el material MoS2 es parte de un efecto óptico no lineal donde, si se ilumina un objeto con una luz, la frecuencia se duplica, que es donde entra en juego la conversión de energía.

"Siempre queremos duplicar la frecuencia en este proceso, ", Dijo Huang." Pero la señal suele ser muy débil, por lo que mejorar la señal es muy importante ".

Al enrollar el material, los investigadores lograron una mejora de la señal de más de 95 veces.

Ahora, Huang planea unir estos dos avances.

"El siguiente paso de nuestra investigación es responder cómo podemos combinar la ingeniería atómica y la ingeniería de formas para crear mejores dispositivos ópticos, " ella dijo.

Un artículo sobre la investigación de la estructura atómica, "Mejora del acoplamiento entre capas de van der Waals a través de Polar Janus MoSSe, "fue publicado recientemente en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense (ACS). El artículo sobre la investigación de la laminación de materiales, "Segunda generación armónica dependiente de la quiralidad de MoS2Nanoscroll con eficiencia mejorada, "fue publicado recientemente en ACS Nano .