Автор AZoNano 12 февраля 2021 г.

Современные электронные компоненты компьютеров, мобильных телефонов и многих других устройств основаны на микроструктурированных кремниевых носителях. Однако эта технология почти достигла своих физических пределов и минимально возможных размеров структуры.

Двумерные (2D) материалы поэтому интенсивно исследуются. Эти материалы можно представить как чрезвычайно тонкие пленки, состоящие всего из одного слоя атомов. Наиболее известен графен, атомарно тонкий слой графита. За его открытие Андре Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию по физике в 2010 году.

Хотя графен состоит исключительно из углерода, существует множество других 2D-соединений, которые характеризуются особыми оптическими и электронными свойствами. В настоящее время исследуются бесчисленные потенциальные применения этих соединений, например, для использования в солнечных элементах, в микро- и оптоэлектронике, в композитных материалах, катализе, в различных типах датчиков и световых детекторов, в биомедицинской визуализации или в транспортировке лекарств в организм.

Энергия света может заставить 2D-материалы вибрировать

Для функции этих 2D-соединений используются их особые свойства. «Важно знать, как они реагируют на возбуждение светом, », – говорит профессор Тобиас Брикснер, заведующий кафедрой физической химии I Университета Юлиуса Максимилиана (JMU) Вюрцбург в Баварии, Германия.

В принципе, 2D-материалы возбуждаются электронным способом, как обычные кремниевые солнечные элементы, когда на них попадает достаточное количество световой энергии. Однако энергия может заставить атомно тонкий слой одновременно вибрировать. Это, в свою очередь, влияет на оптоэлектронные свойства.

Трудно определить силу экситон-фононной связи

До сих пор было неизвестно, насколько сильно свет возбуждает такие колебания в 2D-материале при комнатной температуре. Теперь, в рамках международного сотрудничества, группе под руководством Тобиаса Брикснера впервые удалось определить силу возбуждения колебаний при поглощении света в 2D-материале, а именно в «дихалькогениде переходного металла» – при комнатной температуре.

«Эту величину, известную на техническом жаргоне как сила экситон-фононной связи, трудно определить, потому что при комнатной температуре спектр поглощения очень« размыт », и невозможно выделить отдельные спектральные линии» – говорит физик и физик-химик JMU.

Постдок разработал когерентную двумерную микроскопию

Теперь, однако, доктор Дунхай Ли из Вюрцбурга разработал метод «когерентной двумерной микроскопии». Он сочетает в себе пространственное разрешение микроскопа с фемтосекундным временным разрешением ультракоротких лазерных импульсов и многомерным частотным разрешением. Это позволило Ли количественно оценить влияние колебаний.

Брикснер объясняет: «Удивительно, но оказалось, что сила экситон-фононной связи в исследуемом материале намного больше, чем в обычных полупроводниках. Это открытие полезно в дальнейшей разработке 2D-материалов для конкретных приложений».

Члены международной исследовательской группы

В исследовании принимали участие исследовательские группы под руководством Андреа Феррари из Центра графена в Кембриджском университете (Великобритания), Джанкарло Соави из Центра фотоники Аббе в Университете Йены и Джулио Черулло из Политехнического университета Милана (Италия). опубликовано в журнале Nature Communications 11.02.2021 г.

Источник: https://www.uni-wuerzburg.de/en/university/