Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Nowe podejście do materiałów 2D prowadzi do udoskonalenia elektroniki i optyki

ghost666 15 Oct 2021 17:58 348 0
  • Nowe podejście do materiałów 2D prowadzi do udoskonalenia elektroniki i optyki
    Nowa generacja elektroniki i optoelektroniki może wkrótce być możliwa dzięki kontrolowaniu kątów skrętu w określonym typie dwuwarstwowego materiału 2D stosowanego w tych urządzeniach, wzmacniając wewnętrzny ładunek elektryczny, który istnieje między dwiema warstwami, jak twierdzą badacze z Penn State z Uniwersytetu Harvarda, Massachusetts Institute of Technology i Rutgers University.

    Naukowcy pracowali z regularnymi materiałami dwuwymiarowymi - dichalkogenami metali przejściowych (TMD) i tzw. Janus TMD, nową klasą materiałów 2D nazwanych na cześć rzymskiego boga dualizmu, Janusa. Te dwuwarstwowe materiały 2D wchodzą w interakcję między warstwami, znaną jako wiązanie van der Waalsa, które prowadzi do przeniesienia ładunku, procesu ważnego dla funkcjonalności urządzeń elektronicznych. Przenoszenie ładunku po obu stronach konwencjonalnych TMD jest takie samo, ponieważ każda strona ma ten sam typ atomów. W przypadku Janus TMD atomy po każdej stronie materiału są różnych typów, co prowadzi do zróżnicowanego przenoszenia ładunku, gdy każda strona styka się z innymi materiałami 2D.

    "W naszym badaniu dwa rodzaje atomów po obu stronach materiału Janus TMD to siarka i selen" tłumaczy Shengxi Huang, adiunkt na Penn State i współautor badania opublikowanego niedawno w ACS Nano. "Ponieważ są różne, może występować separacja ładunku lub nierównowaga ładunku na stronie górnej i dolnej. Tworzy to wewnętrzne pole elektryczne skierowane pionowo, które bardzo różni się od tego w konwencjonalnych materiałach 2D".

    W ramach wcześniejszych badań Huang i inni badacze starali się zrozumieć, czy to pole elektryczne wpływa na sąsiednie materiały 2D, gdy zostaną one ułożone warstwowo. Odkryli, że sprzężenie jest silniejsze w materiałach Janusowych niż w tradycyjnych materiałach 2D ze względu na asymetryczny ładunek powodowany przez różne typy atomów po każdej stronie. Do bieżącej pracy ręcznie układali dwa rodzaje warstw materiału, Janus TMD i zwykłe materiały 2D, co powodowało powstanie układu losowych kątów w zależności od sposobu ich ułożenia. Ale kiedy dostroili kąty ułożenia każdej warstwy do określonych wartości, dokonali interesującego odkrycia. Jeśli materiały nie są skręcone lub są pod kątem 60 stopni (gdy są dokładnym przeciwieństwem idealnego wyrównania), okazało się, że połączenia są znacznie silniejsze niż pod losowymi kątami. Ponadto stwierdzili również, że sprzężenie międzywarstwowe jest silniejsze, gdy Janus TMD jest nakładany na konwencjonalny TMD z tym samym typem pierwiastka.



    "Największym odkryciem było to, że dla tego samego interfejsu siarka/siarka sprzężenie międzywarstwowe jest znacznie silniejsze niż na interfejsie siarka/selen" wskazuje Huang. "A to z powodu rozkładu ładunku związanego z kierunkiem dipola w tych atomach. Oznacza to, że może zachodzić efektywny transfer ładunku między dwiema warstwami. Na podstawie naszych obliczeń separacja, czyli odległość między warstwami, jest znacznie mniejsza, co pokazuje, że istnieje silniejsze połączenie". Aby to odkryć, Huang i zespół wykorzystali spektroskopię Ramana. Oświetlili dwie warstwy materiałów 2D, co spowodowało drganie atomów materiałów. Jeśli wibracje są szybsze i mają wyższą częstotliwość, oznacza to, że sprzężenie międzywarstwowe jest silniejsze. "Można to sobie wyobrazić jako sprężynę łączącą dwie kulki" tłumaczy badacz. "Jeśli sprężyna wibruje naprawdę szybko, oznacza to, że jest silniejsza".

    Drugą metodą, którą zespół zastosował podczas swoich badań, była spektroskopia fotoluminescencji. Gdy dwie warstwy materiału 2D ładują się między sobą, intensywność emisji światła w jednym z materiałów spadnie. Dzieje się tak, ponieważ pewne ładunki przenoszą się na drugą warstwę, a luminescencja donora ładunku spada. "Wykorzystaliśmy to jako miarę stopnia transferu ładunku między dwiema warstwami" powiedział Kunyan Zhang, doktorant z Penn State i współautor badania. "Wyniki, które uzyskaliśmy z emisji światła, są zgodne z spektroskopią Ramana. Tam, gdzie widzimy silniejsze sprzężenie z drganiami atomowymi, widzimy również większy spadek emisji światła".

    Odkrycia te są ważne dla postępu elektroniki i optoelektroniki. Kontrolowanie sprzężenia międzywarstwowego i indukowanie różnych efektów optycznych lub elektronicznych mają ogromne znaczenie dla działania wielu urządzeń. "Nowe zdolności materiałowe mogą mieć wpływ na wiele zastosowań, od optoelektroniki przez urządzenia elektroniczne po zdolności katalityczne w urządzeniach elektrochemicznych, takich jak baterie" powiedział Huang. "Te urządzenia są obecne w naszym codziennym życiu".

    Dalsze prace w tej dziedzinie badań będą dotyczyć wpływu połączenia międzywarstwowego na inne rodzaje materiałów. Ponadto ich odkrycia mogą w przyszłości przydać się innym badaczom. "Ludzie spoza naszej dziedziny mogą odnieść korzyści z naszych badań" mówi Zhang. "Strojenie tego rodzaju wewnętrznego sprzężenia interfejsu za pomocą kątów skrętu nie było wcześniej badane. Te odkrycia mogą być istotne dla innych w dziedzinie 2D, których praca nie obejmuje Janusowych materiałów TMD”.

    Źródło: https://phys.org/news/2021-10-2d-materials-electronic-optical-devices.html

    Cool? Ranking DIY
    Kamery 3D Time of Flight - zastosowania w przemyśle. Darmowe szkolenie 16.12.2021r. g. 10.00 Zarejestruj się
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 10693 posts with rating 9012, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.