Rekbaar licht-emitterend materiaal houdt belofte voor op foton gebaseerde apparaten

Een onderzoeksteam onder leiding van het California Nanosystems Institute aan UCLA of CNSI, demonstreerde een nieuw type lichtemitterend materiaal dat naar verwachting geschikt is voor fotonica-ontstekingen op basis van licht op dezelfde manier waarop de elektronica van vandaag is gebaseerd op elektrische signalen.

Het team gebruikte een halfgeleider genaamd molybdeen disulfide, in de vorm van een zogenaamde “tweedimensionaal materiaal” slechts drie atomen dik, en Nafion, een polymeer dat in brandstofcellen wordt gebruikt.

De studie is gepubliceerd in de Journal of the American Chemical Society.

Het resultaat was een afdrukbaar, groot, rekbaar membraan dat fel licht uitstraalde. Omdat het duurzaam en goedkoop is om te produceren, biedt het materiaal een groot potentieel voor chip-geïntegreerde lichtbronnen voor fotonische berekening.

Door de aangeboren eigenschappen van licht kunnen fotonische technologieën sneller werken en energie efficiënter gebruiken dan traditionele elektronica. Huidige toepassingen voor fotonica omvatten lasers, vezeloptische telecommunicatie, zonnecellen en smartphonecamera’s, scanners en displays.

De ontwikkeling van toekomstig fotonisch computergebruik zou de mogelijkheden in de hedendaagse elektronische computers enorm kunnen uitbreiden. Hoewel er grenzen zijn aan hoe conventionele halfgeleiders kunnen worden geïntegreerd op een chip, bieden molybdeendisulfide en andere 2D -materialen een pad naar ultrathijn, flexibele componenten die direct in fotonische circuits kunnen worden gebouwd.

Het aanpassen van 2D molybdeen disulfide voor fotonica is echter tot op heden een uitdaging geweest. Op zichzelf zijn de ultrathinelagen extreem delicaat en leveren ze heel weinig licht op. Het nieuwe UCLA-ontwikkelde materiaal overwint deze beperkingen omdat Nafion de fragiele 2D-laag versterkt en defecten in het oppervlak geneest, het bereiken van orden van grootte grotere licht-emitterende efficiëntie.

De onderzoeksgroep van UCLA is ongewoon multidisciplinair. Terwijl de meeste groepen die aan Nafion werken, afkomstig zijn van de energiegemeenschap – cellen, batterijen en katalyse – en onderzoekers in 2D -halfgeleiders hebben de neiging om niet bezig te zijn met ionomeerchemie, de energie van UCLA en 2D opto -elektronica subgroep constant ideeën over materiaalverwerking uitwisselen.

Die overlapping leidde tot het idee om twee “gemeenschappelijke” materialen uit verschillende werelden te combineren – Navion en MOS2 – en de onverwachte synergie maakte de doorbraak mogelijk.

De onderzoekers stapelden alternerende lagen van 2D molybdeen sulfide en nafion, die zelden gepaard is met 2D -materialen. Dit ontwerp bewaarde het ideale gedrag van de 2D -laag, zelfs in dikke, flexibele membranen. Het meestal kwetsbare materiaal werd vervolgens ingezet in membranen met een groot gebied die duidelijk helderder waren en stabiel bleven in lucht, in water en wanneer ze werden uitgerekt.

Het materiaal in de studie kan nieuwe mogelijkheden creëren voor fotonische technologieën. Toekomstige computers die coderen voor informatie en het uitvoeren van berekeningen met licht kunnen nieuwe niveaus van verwerkingssnelheid bieden, terwijl het verminderen van de extreem hoge energiekosten van populaire toepassingen zoals generatieve kunstmatige intelligentie.

Op kortere termijn zijn de onderzoekers van plan het nieuwe materiaal in compacte, flexibele, rekbare displays te gebruiken, als componenten in computerchips en in lasers.

De bijbehorende auteur van de studie is CNSI -lid Xiangfeng Duan, houder van de Raymond A. en Dorothy A. Wilson Endowed Chair en een voorname professor chemie en biochemie aan het UCLA College. De eerste auteur is Boxuan Zhou, een UCLA -doctoraatsstudent.