量身定制2D材料以改善電子和光學設備

賓夕法尼亞州立大學的研究人員表示，隨著二維(2-D)材料的最新發展，為電子和光學設備的未來發展提供了新的可能性。

由賓夕法尼亞州立大學電氣工程與生物醫學工程助理教授黃勝喜領導的研究人員最近發表了兩個獨立但相關的發現，這些發現與改變薄的二維材料在許多光學和電子設備中的應用取得了成功有關。通過以兩種不同的方式(原子上和物理上)改變材料，研究人員能夠增強光發射并增加信號強度，從而擴大了依賴于這些材料的設備所能實現的范圍。

在第一種方法中，研究人員修改了材料的原子組成。在常用的二維材料中，研究人員依靠薄層之間的相互作用(稱為范德華層間耦合)來產生電荷轉移，然后將其用于設備中。但是，這種層間耦合受到限制，因為傳統上電荷是均勻分布在每一層的兩側。

為了加強耦合，研究人員通過用不同類型的原子替換層一側的原子，從而創建了電荷的不均勻分布，從而創建了一種新型的2-D材料，稱為Janus過渡金屬二鹵化氫。

黃說：“這種(原子變化)意味著電荷可能分布不均。” “這會在平面內產生一個電場，因此會吸引不同的分子，從而增強發光。”

同樣，如果可以通過以一定角度扭曲層將范德華層間耦合調整到正確的水平，則它可以感應超導性，對電子和光學設備的發展具有重要意義。

在第二種改變二維材料以提高其功能的方法中，研究人員通過采用一層通常為扁平且薄的普通二維材料MoS2來增強能量上轉換過程產生的信號。將其卷成大致圓柱形。

使用MoS2材料進行的能量轉換過程是非線性光學效應的一部分，其中，如果將光照射到對象中，則頻率會加倍，這就是進行能量轉換的地方。

Huang說：“我們一直希望在此過程中將頻率提高一倍。” “但是信號通常很弱，因此增強信號非常重要。”