نور هایی که به دلخواه شما ساخته می شوند - مجله باهام

به گزارش خبرنگار فناوری خبرنگاران، یافتن مواد نیمه رسانا جدید که نور نشر می کنند برای گسترش طیفی از دستگاه های الکترونیکی ضروری است. اما ایجاد ساختار های مصنوعی که با توجه به نیاز های خاص ما نور نشر می کنند، یک پیشنهاد جذاب تراست.

با این حال نشر نور در یک نیمه رسانا تنها تحت شرایط خاصی اتفاق می افتد. محققان دانشگاه ژنو سوییس، طی همکاری با دانشگاه منچستر، یک دسته کامل از مواد دوبعدی که به اندازه یک یا چند اتم نازک هستند را کشف کرده اند. وقتی این کریستال های نازک اتمی با هم ترکیب می شوند؛ ساختار هایی که نور هایی با رنگ دلخواه نشر می کنند، شکل می دهند.

از مواد نیمه رسانا که قادر به انتشار نور هستند، در بخش های متنوعی از ارتباطات از راه دور، دستگاه های نشر نور (LED) و تشخیص پزشکی، استفاده می شود. نشر نور زمانی اتفاق می افتد که الکترون در یک نیمه رسانا از تراز انرژی بالاتر به تراز انرژی پایین تر بیاید. تفاوت در انرژی، رنگ نور نشر شده را مشخص می کند. برای تولید نور، سرعت الکترون قبل و بعد از پرش باید یکسان باشد، وضعیتی که به مواد نیمه رسانا خاص بستگی دارد. فقط برخی از نیمه رسانا ها می توانند برای نشر نور استفاده شوند، برای مثال؛ سیلیکون که در کامپیوتر ها استفاده می شود نمی تواند در ساخت LED ها مورد استفاده باشد.

آلبرتو مورپورگو، استاد گروه فیزیک ماده کوانتومی در دانشگاه ژنو توضیح می دهد: سوال ما این است که آیا می توانیم از مواد دو بعدی برای ایجاد ساختار هایی که نور با رنگ دلخواه نشر می کنند، استفاده کنیم؟

مواد دوبعدی کریستال های کاملی هستند، مانند گرافن، که ضخامتشان یک یا چند اتم است. با پیشرفت های جدید فناوری، مواد دو بعدی می توانند روی هم جمع شوند و ساختار های مصنوعی شبیه به نیمه رسانا ها ایجاد کنند. مزیت این نیمه رسانا های مصنوعی این است که سطح انرژی ان ها می تواند با ترکیبات شیمایی و ضخامت موادی که ساختار را می سازند، کنترل شود.

نیکولاس اوبریگ از محققان این مجموعه توضیح میدهد: این نوع نیمه رسانا های مصنوعی برای اولین بار 2 یا 3 سال پیش ساخته شده اند. وقتی مواد دو بعدی دقیقا ساختار یکسان داشته باشند و کریستال ها کاملا هماهنگ کنارهم قرار گرفته باشند، این نوع نیمه رسانا ها مصنوعی می توانند نور نشر کنند؛ اما بسیار نادر است. این شرایط چنان سخت است که آزادی کمی برای کنترل نور نشر شده باقی می گذارد.

پروفسور مورپورگو ادامه میدهد: هدف ما این بود که دو ماده دوبعدی مختلف را برای نشر نور با هم ترکیب کنیم در حالیکه هیچ محدودیتی برای آن ها وجود نداشته باشد. فیزیکدانان تصور می کردند، اگر بتوانند دسته ای از مواد را پیدا کنند که در آن سرعت الکترون ها قبل و بعد از تغییر در سطح انرژی صفر باشد، سناریویی ایده آل است که همیشه شرایط را صرف نظر از شبکه بندی کریستالی و جهت گیری های نسبی آن ها برای نشر نور فراهم می کند.

شمار بزرگی از نیمه رسانا ها دوبعدی شناخته شده سرعت الکترونی صفر در سطح انرژی مناسب دارند. به لطف تنوع ترکیبات، بسیاری از مواد مختلف می توانند با هم ترکیب شوند و یک نیمه رسانای جدید که نور خاصی نشر می کند، ایجاد کند. پروفسور ولادیمیر فالکو از دانشگاه منچستر می افزاید: هنگامی که ما این ایده را داشتیم، پیدا کردن موادی برای اجرای آن آسان بود.

موادی که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفتند دیکلوکوژید های فلزی انتقالی بود. سایر مواد ممکن شناسایی شده برای گسترش طیف رنگ های نور نشر شده با این نیمه رسانا های مصنوعی جدید مفید خواهند بود. اوبریگ ادامه داد: بزرگترین مزیت این مواد دو بعدی ارائه استراتژی جدید برای دستکاری نور و رسیدن به انرژی و رنگ دلخواه است.