量身定制2D材料以改善电子和光学设备

宾夕法尼亚州立大学的研究人员表示，随着二维(2-D)材料的最新发展，为电子和光学设备的未来发展提供了新的可能性。

由宾夕法尼亚州立大学电气工程与生物医学工程助理教授黄胜喜领导的研究人员最近发表了两个独立但相关的发现，这些发现与改变薄的二维材料在许多光学和电子设备中的应用取得了成功有关。通过以两种不同的方式(原子上和物理上)改变材料，研究人员能够增强光发射并增加信号强度，从而扩大了依赖于这些材料的设备所能实现的范围。

在第一种方法中，研究人员修改了材料的原子组成。在常用的二维材料中，研究人员依靠薄层之间的相互作用(称为范德华层间耦合)来产生电荷转移，然后将其用于设备中。但是，这种层间耦合受到限制，因为传统上电荷是均匀分布在每一层的两侧。

为了加强耦合，研究人员通过用不同类型的原子替换层一侧的原子，从而创建了电荷的不均匀分布，从而创建了一种新型的2-D材料，称为Janus过渡金属二卤化氢。

黄说：“这种(原子变化)意味着电荷可能分布不均。” “这会在平面内产生一个电场，因此会吸引不同的分子，从而增强发光。”

同样，如果可以通过以一定角度扭曲层将范德华层间耦合调整到正确的水平，则它可以感应超导性，对电子和光学设备的发展具有重要意义。

在第二种改变二维材料以提高其功能的方法中，研究人员通过采用一层通常为扁平且薄的普通二维材料MoS2来增强能量上转换过程产生的信号。将其卷成大致圆柱形。

使用MoS2材料进行的能量转换过程是非线性光学效应的一部分，其中，如果将光照射到对象中，则频率会加倍，这就是进行能量转换的地方。

Huang说：“我们一直希望在此过程中将频率提高一倍。” “但是信号通常很弱，因此增强信号非常重要。”