Исследователи из Национального университета Сингапура (National University of Singapore, NUS) нашли способ многократного увеличения яркости фотолюминесцентного свечения полупроводникового материала, диселенида вольфрама. Данное достижение прокладывает путь этому материалу, который относится к классу «двухмерных» кристаллических материалов-дихалькогенидов, для его применения в области оптоэлектроники, фотоники и в других практических областях, включая солнечные батареи, квантовые точки и эффективные светодиодные источники света.

Диселенид вольфрама сам по себе демонстрирует неплохую эффективность преобразования электрической энергии в энергию света и наоборот. Однако, тонкость этого материала служит фактором, сильно ограничивающим его способности к поглощению или излучению фотонов света, фотолюминесценции. Для преодоления этих ограничений исследователи из NUS использовали так называемые плазмонные наноструктуры, структуры, состоящие из колеблющихся «облаков» свободных электронов, возникающих после того, как фотоны света ударяют в металлическую поверхность. Использование данного эффекта позволило увеличить в 20 тысяч раз эффективность и яркость фотолюминесцного излучения диселенида вольфрама.

«Мы продемонстрировали, что использование плазмонных нанострукур, изготовленных из золота, может обеспечить беспрецедентное увеличение эффективности процесса поглощения или излучения света двухмерным материалом» – рассказывает Ван Жуо (Wang Zhuo), один из ведущих исследователей, – «В принципе, всего этого можно добиться и при помощи наноструктур не только из золота, но и из других материалов и по отношению к двухмерным материалам других типов».

Следует отметить, что это не первая попытка увеличения эффективности поглощения и излучения света пленкой диселенида вольфрама. Во время предыдущих исследований ученым удалось добиться 1000-кратного увеличения эффективности по отношению к показателям, которые материал демонстрирует в естественном состоянии. В принципе, получение такого существенного увеличения эффективности уже само по себе является достижением, но оно не может обеспечить целесообразности практического применения данного материала.

Более кардинального увеличения эффективности процессов поглощения и излучения света ученым удалось добиться, осадив пленку диселенида вольфрама на золотой поверхности, на который были создана решетка из «траншей», шириной 20 нанометров. Плазмоны, возникающие в этих «траншеях» под воздействием света лазера накачки, выступают в роли усилителей, наличие которых позволяет увеличить эффективность.

«Резонансные частоты решетки должны быть согласованы с длиной волны сета, излучаемого лазером накачки» – рассказывает Эндрю Ви (Andrew Wee), профессор из Национального университета Сингапура, – «Резонанс обеспечиваем максимальное "сцепление» света лазера с плазмонами и так достигается очень высокое значение показателей эффективности".

В своих дальнейших исследованиях ученые будут заниматься определением того, как золотые плазмонные наноструктуры могут поднять эффективность электролюминесценции других материалов-дихалькогенидов, каждый из которых имеет свое значение ширины запрещенной зоны. И если ученым удастся подобрать комбинацию из недорогого двухмерного материала и материала для плазмонных наноструктур, то это может привести к появлению новых высокоэффективных источников света, к разработке новых высококачественных светодиодных матриц для дисплеев, которым для работы будет требоваться совсем небольшое количество энергии.