Исследователям из США впервые удалось вырастить одноатомный слой вольфрамата. Этот слой по всей видимости, имеет необычные свойства фотолюминесценции, которые могут быть использованы в разнообразных оптических устройствах, лазерах и светодиодах.

Двухмерные материалы имеют резко различные электронные и механические свойства в отличии от своих трехмерных коллег, и поэтому могут найти применение в целом ряде новых устройств. До сих пор, однако, большинство исследований в этой области были сосредоточены на самом известном из двухмерных материалов — графене. Но тот факт, что этот материал не имеет прямой электронной запрещенной зоны приводит к тому, что ученые начинают рассмотривать и другие подходящие двухмерные материалы.

Команда во главе с Маурисио Терронес и Винсентом Креспи из университета штата Пенсильвания произвела контролируемое термическо- восстановительное сульфирование для выращивания монослоев вольфрамата (WS2). Исследователи разместили крошечные кристаллы оксида вольфрама менее 1 нм в высоту и затем пропустила эти кристаллы через пары серы при высокой температуре 850°C. В результате образовались монослои дисульфида вольфрама, расположенные в сотовой конфигурации треугольников, которые содержат атомы вольфрама связанные с атомами серы.

Терронес сообщил нам: «Мы были поражены тем, что нам удалось вырастить такие совершенные, атомарно насыщенные треугольные фигуры с помощью парового химического осаждения». «Более того, и снова к нашему удивлению, мы обнаружили, что эти треугольники значительно сильнее светятся по краям, нежели в центре — наблюдалась периферическая фотолюминесценция, чего мы не ожидали, и о чем прежде никем не сообщалось».

Фотолюминесценция происходит, когда носители заряда (электроны и дыры) рекомбинируют в структуре и испускают свет длины волны отличной от используемой на начальном этапе возбуждения материала. Как правило, световое излучение дело тонкое, объясняет Креспи. Структурные дефекты, такие как края — предотвращают излучение света из-за того, что дефекты как правило, дают возможность возбужденным электронам и дырам рекомбинировать без излучения света. «И мы наблюдали противоположный эффект», сказал он, «структурные дефекты, расположенные близко к краям треугольника, похоже, были основным местом излучения света».

Как уже упоминалось, двухмерные системы часто очень отличается от их объемных трехмерных коллег и WS2 не является исключением. Его трехмерный вариант является полупроводником с непрямой запрещенной зоной, однако однослойный материал имеет прямую запрещенную зону. Прямые запрещенные зоны играют важную роль в полупроводниках, поскольку они позволяют устройствам, изготовленных из этих материалов, эффективно излучать свет — как в данном случае.

Согласно команде из штата Пенсильвании, WS2 треугольники могут найти применение в оптоэлектронике. «Они даже могут пригодиться в качестве биомаркеров для доставки лекарств, правда потребуется провести гораздо больше исследований, прежде чем мы сможем говорить об этом с уверенностью», добавил Терронес. «Они также могут быть элементами нового поколение плоских, 2D оптоэлектронных устройств, таких как светоизлучающие диоды — там, где мы можем контролировать распространение света в тонких слоях пленки материала — и даже в лазерных технологиях».

Команда теперь планирует выращивать другие двухмерные материалы, которые имеют различные оптические и электронные свойства. Планируем рассмотреть MoSe2, NbS2 и WSe2 — сообщил Креспи. «Мы бы также хотели лучше понимать и контролировать световое излучение двухмерных материалов в целом и попробовать наши силы в создании скульптур из треугольников для создания многокомпонентных устройств».