Una historia de portada que aparece en el diario repasado por pares Nanoscale Horizons informa de un nuevo material bicapa, con cada capa que mide menos de un nanómetro de espesor, que algún día podría conducir a la emisión de luz más eficiente y versátil.
Los investigadores que trabajan en el laboratorio de láser ultrarrápido de la Universidad de Kansas con éxito crearon el material mediante la combinación de capas atómicas finas de disulfuro de molibdeno y renio disulfuro.
"Ambos absorben la luz muy bien como semiconductores, y son ambos muy flexibles, pueden ser estirados o comprimidso," dijo Zhao Hui, profesor de física y Astronomía en KU, coautora del document. "El objetivo de esta dirección de la investigación es producir dispositivos emisores de luz, como LEDs que son ultrafinos — sólo unos pocos nanómetros de espesor — y lo suficientemente flexibles como para que se puedan doblar. Nos mostró que a través de este material bicapa, se puede lograr."
Para explicar el avance, Zhao compara el comportamiento de los electrones en el material nuevo a un salón de clases.
"Se 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 electrones, no puede moverse libremente conduciendo la electricidad. La luz puede proporcionar suficiente energía para enfrentarse a algunos de los estudiantes, que ahora pueden moverse libremente y, como electrones, para conducir la electricidad. Este proceso es la base de los dispositivos fotovoltaicos, donde la energía de la luz del sol es capturada y convertida en electricidad."
El investigador de KU dijo que la emisión de la 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 los dispositivos de emisión de luz, uno necesita no sólo los electrones que transportan la energía, sino también los 'asientos', llamados agujeros, para los electrones se sienten," dijo.
Estudios anteriores de varios grupos, incluyendo 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.
"Porque los"electrones no pueden fácilmente encontrar asientos, la eficiencia de emisión de luz de estos materiales bicapa es muy baja – más de 100 veces menor que en una sola capa atómica, 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 separado. La emisión de luz será mucho más fuerte."
Zhao y sus compañeros los investigadores Matthew Bellus, Samuel Lane, Frank Ceballos y Qiannan Cui, todos estudiantes graduados de física de KU, y Ming Li y Zeng de Xiao Cheng de la Universidad de Nebraska-Lincoln crearon el nuevo material utilizando el mismo método de baja tecnología "cinta Scotch" fue pionero en la creación de grafeno, el material de una capa atómica que ganó a sus creadores el Premio Nobel de física en 2010.
"Hay un truco", dijo Zhao. "Usar cinta Scotch para quitar una capa de cristal y luego retiras la cinta unas cuantas veces, por lo que cuando se empuja la cinta contra el sustrato y se retira rápidamente, parte del material se queda en el substrato. Bajo un microscopio, las secciones de la capa de átomo único tendrá un color diferente debido a su grosor, como mucho una capa delgada de aceite sobre el agua. "
Los investigadores en laboratorio del Laser ultrarrápido de KU, dirigido por Bellus, el primer autor del libro, realizaron el paso más difícil: el apilamiento de la capa de MoS2 encima de ReS2, con una precisión mejor que un micrómetro. Las láminas delgadas atómicas fueron conectadas por las supuestas fuerzas van der Waals, la misma fuerza que permite que un gecko escale un cristal liso. "Las fuerzas de van der Waals no eson muy sensibles a la disposición atómica", dijo Zhao. "Así que, uno puede utilizar estas hojas atómicas para formar materiales de múltiples capas de una manera como Legos atómicos."
Después que las muestras se hicieron, los miembros del equipo utilizan láseres ultrarrápidos para observar el movimiento de electrones y de asientos entre las dos capas atómicas, y vieron pruebas claras de que los electrones y los asientos pueden moverse de MoS2 a ReS2, pero no a lo largo de la dirección opuesta.
De esta manera, el equipo confirmó los cálculos teóricos realizados por Li y Zeng, que previamente habían analizado propiedades relacionadas de cerca de una docena de hojas atómicas y predijeron que las bicapas formadas por MoS2 y ReS2 tendrían promesa como la base de tecnología LED.
Según Zhao, el objetivo final es desarrollar un método que permita un control preciso de la ubicación de asientos entre distintas capas atómicas y electrones de forma que las propiedades electrónicas y ópticas de los materiales puedan ser controladas y optimizadas.
"Nos gustaría algún día ver LED's que sean más delgados, más eficentes en energía y más flexibles," dijo él. "Piense en una pantalla de computadora o teléfono si usted podría doblarla un par de veces y ponerla en su bolsillo."
Crédito: Universidad de Kansas
Los investigadores que trabajan en el laboratorio de láser ultrarrápido de la Universidad de Kansas con éxito crearon el material mediante la combinación de capas atómicas finas de disulfuro de molibdeno y renio disulfuro.
"Ambos absorben la luz muy bien como semiconductores, y son ambos muy flexibles, pueden ser estirados o comprimidso," dijo Zhao Hui, profesor de física y Astronomía en KU, coautora del document. "El objetivo de esta dirección de la investigación es producir dispositivos emisores de luz, como LEDs que son ultrafinos — sólo unos pocos nanómetros de espesor — y lo suficientemente flexibles como para que se puedan doblar. Nos mostró que a través de este material bicapa, se puede lograr."
Para explicar el avance, Zhao compara el comportamiento de los electrones en el material nuevo a un salón de clases.
"Se 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 electrones, no puede moverse libremente conduciendo la electricidad. La luz puede proporcionar suficiente energía para enfrentarse a algunos de los estudiantes, que ahora pueden moverse libremente y, como electrones, para conducir la electricidad. Este proceso es la base de los dispositivos fotovoltaicos, donde la energía de la luz del sol es capturada y convertida en electricidad."
El investigador de KU dijo que la emisión de la 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 los dispositivos de emisión de luz, uno necesita no sólo los electrones que transportan la energía, sino también los 'asientos', llamados agujeros, para los electrones se sienten," dijo.
Estudios anteriores de varios grupos, incluyendo 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.
"Porque los"electrones no pueden fácilmente encontrar asientos, la eficiencia de emisión de luz de estos materiales bicapa es muy baja – más de 100 veces menor que en una sola capa atómica, 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 separado. La emisión de luz será mucho más fuerte."
Zhao y sus compañeros los investigadores Matthew Bellus, Samuel Lane, Frank Ceballos y Qiannan Cui, todos estudiantes graduados de física de KU, y Ming Li y Zeng de Xiao Cheng de la Universidad de Nebraska-Lincoln crearon el nuevo material utilizando el mismo método de baja tecnología "cinta Scotch" fue pionero en la creación de grafeno, el material de una capa atómica que ganó a sus creadores el Premio Nobel de física en 2010.
"Hay un truco", dijo Zhao. "Usar cinta Scotch para quitar una capa de cristal y luego retiras la cinta unas cuantas veces, por lo que cuando se empuja la cinta contra el sustrato y se retira rápidamente, parte del material se queda en el substrato. Bajo un microscopio, las secciones de la capa de átomo único tendrá un color diferente debido a su grosor, como mucho una capa delgada de aceite sobre el agua. "
Los investigadores en laboratorio del Laser ultrarrápido de KU, dirigido por Bellus, el primer autor del libro, realizaron el paso más difícil: el apilamiento de la capa de MoS2 encima de ReS2, con una precisión mejor que un micrómetro. Las láminas delgadas atómicas fueron conectadas por las supuestas fuerzas van der Waals, la misma fuerza que permite que un gecko escale un cristal liso. "Las fuerzas de van der Waals no eson muy sensibles a la disposición atómica", dijo Zhao. "Así que, uno puede utilizar estas hojas atómicas para formar materiales de múltiples capas de una manera como Legos atómicos."
Después que las muestras se hicieron, los miembros del equipo utilizan láseres ultrarrápidos para observar el movimiento de electrones y de asientos entre las dos capas atómicas, y vieron pruebas claras de que los electrones y los asientos pueden moverse de MoS2 a ReS2, pero no a lo largo de la dirección opuesta.
De esta manera, el equipo confirmó los cálculos teóricos realizados por Li y Zeng, que previamente habían analizado propiedades relacionadas de cerca de una docena de hojas atómicas y predijeron que las bicapas formadas por MoS2 y ReS2 tendrían promesa como la base de tecnología LED.
Según Zhao, el objetivo final es desarrollar un método que permita un control preciso de la ubicación de asientos entre distintas capas atómicas y electrones de forma que las propiedades electrónicas y ópticas de los materiales puedan ser controladas y optimizadas.
"Nos gustaría algún día ver LED's que sean más delgados, más eficentes en energía y más flexibles," dijo él. "Piense en una pantalla de computadora o teléfono si usted podría doblarla un par de veces y ponerla en su bolsillo."
No hay comentarios.:
Publicar un comentario
Comenta si te gustó lo que acabas de ver.