使用2D材质的人工结构创建自定义光源

不同2D发光材料的接合处的艺术视图。

UNIGE和曼彻斯特大学的研究人员发现了一种基于二维材料的结构，该结构可以发出您希望的任何颜色的量身定制的光。

寻找发光的新半导体材料对于开发各种电子设备至关重要。但是，制造出能够根据我们的特定需求量身定制的发光结构的人造结构是一个更具吸引力的主张。然而，仅当满足某些条件时，才发生半导体中的发光。今天，来自瑞士日内瓦大学（UNIGE）的研究人员与曼彻斯特大学合作，发现了一整类二维材料，其厚度只有一个或几个原子。当结合在一起时，这些原子上薄的晶体能够形成以所需颜色发射可定制光的结构。这项发表在《自然材料》杂志上的研究标志着朝着二维材料的未来工业化迈出的重要一步。

能够发光的半导体材料被用于电信，发光器件（LED）和医疗诊断等领域。当电子在半导体内部从较高的能级跃迁到较低的能级时，会发生发光。能量的差异决定了发射光的颜色。对于要产生的光，跳跃前后的电子速度必须完全相同，该条件取决于所考虑的特定半导体材料。仅某些半导体可用于发光：例如，用于制造我们的计算机的硅不能用于制造LED。

“我们问自己是否可以使用二维材料来制造发出具有所需颜色的光的结构，” UNIGE理学院量子物质物理系教授Alberto Morpurgo解释说。二维材料是完美的晶体，就像石墨烯一样，是一个或几个原子厚的晶体。由于最近的技术进步，可以将不同的二维材料彼此堆叠，以形成行为类似半导体的人造结构。这些“人造半导体”的优势在于，可以通过选择组成结构的材料的化学成分和厚度来控制能级。

“这种人造半导体是在两三年前才首次制造的，”由莫普尔戈（Morpurgo）教授领导的团队的研究员尼古拉斯·乌布里格（Nicolas Ubrig）解释说。“当二维材料具有完全相同的结构并且其晶体完美对齐时，这种类型的人造半导体可以发光。但这非常罕见。”这些条件是如此严格，以至于它们几乎没有自由来控制发射的光。

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Morpurgo教授继续说道：“我们的目标是设法将不同的二维材料组合在一起以发光，同时不受所有限制。”物理学家认为，如果他们能找到能级变化前后电子速度为零的一类材料，那么这将是一个理想的方案，无论其细节如何，该方案始终满足发光条件的晶格及其相对取向。

大量已知的二维半导体在相关能级下的电子速度为零。由于化合物的这种特性，可以组合许多不同的材料，并且每种组合都是一种发射特定颜色光的新型人造半导体。曼彻斯特大学的弗拉基米尔·法尔科（Vladimir Fal’ko）教授补充说：“一旦有了这个主意，就很容易找到实施它的材料。”该研究中使用的材料包括各种过渡金属二卤化物（例如MoS2，MoSe2和WS2）和InSe。已经确定了其他可能的材料，这些材料对于拓宽这些新型人造半导体发出的光的颜色范围很有用。

量身定制的灯具，可实现大规模工业化

“由于没有更多的光发射先决条件，因此这些2D材料的巨大优势在于，它们提供了新的策略来操纵我们认为合适的光，并具有我们想要的能量和颜色。 ”，Ubrig继续说道。这意味着有可能在工业水平上设计未来的应用，因为发射的光很稳定，并且不再需要担心原子的排列。

UNIGE与曼彻斯特大学之间的合作是在欧盟石墨烯旗舰项目的框架内进行的。

参考：Nicolas Ubrig，Evgeniy Ponomarev，Johanna Zultak，Daniil Domaretskiy，ViktorZólyomi，Daniel Terry，James Howarth，IgnacioGutiérrez-Lezama，Alexander Zhukov，Zakhar R. Kudryn的“范德华接口设计用于广谱光电”自然资源.2020年2月3日，科瓦柳克（Kovalyuk），阿玛莉亚·帕塔内（AmaliaPatané），谷口隆史（Takashi Taniguchi），渡边谦二（Kenji Watanabe），罗马五世·戈尔巴乔夫（Roman V.Gorbachev），弗拉基米尔一世·法尔科（Vladimir I.
10.1038 / s41563-019-0601-3