Krediet: Shutterstock / Rost9
Grafeen is een materiaal gemaakt van koolstofatomen van één laag dik, gerangschikt in een honingraatstructuur. Het is gebruikt om materialen sterker te maken, ultrahoge frequentiecomponenten voor communicatie te maken, de batterijprestaties te verbeteren en zelfs om COVID-19-tests uit te voeren. Het is het archetypische tweedimensionale (2D) materiaal, maar 2D-materialen zijn veel meer dan grafeen.
Sinds grafeen voor het eerst werd geïsoleerd in 2004, is het onderzoek uitgebreid naar de creatie van andere, niet-koolstof 2D-materialen. Nu zijn er vele tientallen, en ze worden geprezen om een impact te hebben waar grafeen minder geschikt is, zoals in nieuwe transistors en opto-elektronische apparaten van de volgende generatie, die licht genereren, detecteren en regelen.
Onze recente studie gericht op een nieuwe vorm van het 2D-materiaal wolfraamdisulfide (WS2), dat zowel 2D als 3D is. WS2 is een halfgeleider, hetzelfde als silicium, dat in bijna alle elektronische apparaten wordt aangetroffen. In tegenstelling tot silicium kan WS2 echter bestaan in een stabiele 2D-vorm. We hebben het WS2-materiaal op een nieuwe manier gerangschikt om een 3D-opstelling van 2D-platen te maken die we een nanomesh noemen.
De WS2 nanomesh verdubbelt de frequentie en halveert de golflengte van laserlicht – waarbij de kleur verandert – met grote efficiëntie. Dit betekent dat het nuttig zou kunnen zijn in componenten voor kwantumcommunicatie met behulp van licht, waar dat wordt geprobeerd “afluisteren” op berichten kunnen altijd worden gedetecteerd. Licht is belangrijk in kwantumcommunicatie omdat lichtdeeltjes, fotonen genaamd, kunnen worden gebruikt om informatie te vervoeren. Wanneer twee fotonen iets ervaren dat kwantumverstrengeling wordt genoemd, is alles wat er met een van hen gebeurt onmiddellijk waarneembaar in de andere, ongeacht hoe ver ze van elkaar verwijderd zijn.
Quantumcommunicatie heeft het potentieel om echt veilige communicatie over de hele wereld te leveren. Door de bizarre eigenschap van verstrengeling te gebruiken, is het mogelijk om een systeem zo te ontwerpen dat de afzender het onmiddellijk weet wanneer een signaal wordt onderschept.
Bij veel van de pogingen tot nu toe om kwantumcommunicatie te creëren, is laserlicht gebruikt. Maar om dit te kunnen doen, hebben we een efficiënte manier nodig om het licht te regelen. Dit kan mogelijk worden gedaan met 2D-materialen.
Tweedimensionale opsluiting
In 2D-materialen kunnen elektronen in twee dimensies bewegen, maar hun beweging in de derde dimensie is beperkt. Deze opsluiting geeft 2D-materialen interessante eigenschappen, wat betekent dat ze veelbelovend zijn als ultradunne apparaten voor IT, communicatie, detectie, energie, beeldvorming en kwantumcomputers. Voor veel van deze toepassingen liggen de 2D-materialen, die slechts één atoom dik zijn, plat op een ondersteunend oppervlak.
Helaas is de sterkte van deze materialen – dat ze extreem dun zijn – ook hun grootste zwakte. Dit betekent dat wanneer ze worden verlicht, zichtbaar licht er slechts over een kleine dikte mee kan interageren en het resulterende effect zwak is. Om dit te verhelpen, beginnen onderzoekers zoals ik te zoeken naar nieuwe manieren om de 2D-materialen in complexe 3D-structuren te verpakken.
Nieuwste artikelen
