Cuando los electrones están confinados en espacios muy pequeños, pueden exhibir electricidad inusual, comportamiento óptico y magnético. Desde confinar electrones en una hoja de grafeno atómico bidimensional, una hazaña que ganó el Premio Nobel de Física en 2010, hasta restringir aún más los electrones para lograr unidimensionalidad, esta amplia línea de investigación está transformando el panorama de la investigación fundamental y los avances tecnológicos en física, química, recolección de energía, información y más allá.

En un estudio publicado en Comunicaciones de la naturaleza , un equipo internacional dirigido por investigadores de la Universidad de Aalto ha descubierto que el fósforo rojo fibroso, cuando los electrones están confinados en sus subunidades unidimensionales, puede mostrar grandes respuestas ópticas, es decir, el material muestra una fuerte fotoluminiscencia bajo irradiación de luz. Fósforo rojo, como el grafeno, pertenece a un grupo único de materiales llamados materiales unidimensionales de van der Waals (1D vdW). Un material 1D vdW es un tipo de material radicalmente nuevo que se descubrió solo en 2017. Hasta ahora, la investigación sobre materiales 1vdW se ha centrado en las propiedades eléctricas.

El equipo descubrió las propiedades ópticas del fósforo rojo fibroso 1D vdW a través de mediciones como la espectroscopia de fotoluminiscencia, donde iluminaron las muestras con luz láser y midieron el color y el brillo de la luz emitida. Los hallazgos muestran que el material 1D vdW demuestra respuestas ópticas anisotrópicas gigantes lineales y no lineales; en otras palabras, las respuestas ópticas dependen en gran medida de la orientación del cristal fibroso de fósforo, así como de la intensidad de emisión, que se relaciona con el número de fotones emitidos durante un tiempo específico.

"La forma en que respondió en los experimentos hace que el fósforo rojo fibroso 1D vdW sea un material realmente emocionante. Por ejemplo, muestra respuestas anisotrópicas gigantes lineales y no lineales, así como la intensidad de emisión, que es llamativo, "dice el Dr. Luojun Du, investigador postdoctoral en la Universidad de Aalto.

La fotoluminiscencia del material, el efecto que se ve comúnmente en la vida cotidiana en los letreros reflectantes o en los juguetes que brillan en la oscuridad de los niños. cuando la luz se emite después de la absorción, también sorprendió a los investigadores. El equipo comparó la fotoluminiscencia del fósforo rojo fibroso con el disulfuro de molibdeno monocapa (MoS2), que es bien conocido por su fuerte fotoluminiscencia, y encontró que la intensidad de la fotoluminiscencia era más de 40 veces más intensa, haciéndolo ultrabrillante, aunque muy brevemente.

"La fuerte fotoluminiscencia del fósforo rojo fibroso es inesperada. De hecho, inicialmente esperábamos que la fotoluminiscencia del fósforo rojo fibroso fuera solo débil. Basado en cálculos teóricos, este efecto no debería ser realmente fuerte, por lo que ahora estamos haciendo más experimentos para aclarar el origen de su resplandor, "dice Du.

"Creo que los materiales unidimensionales de van der Waals, como el fósforo rojo fibroso, son realmente prometedores para pantallas y otras aplicaciones, que se basan en materiales que demuestran exactamente los comportamientos que hemos visto en este estudio. El espectro de su respuesta óptica anisotrópica también parece ser muy amplio si lo comparamos con las respuestas de los materiales convencionales. "dice el profesor Zhipei Sun, quien lidera el grupo detrás del estudio.

El estudio fue publicado en Comunicaciones de la naturaleza el 10 de agosto de 2021.