Согласно последней работе ученых из США, под воздействием кислорода или водяного пара некоторые двумерные полупроводниковые структуры могут излучать в 100 раз больше света. Как считают ученые, такое воздействие оказывает на материалы давление газа в окружающей среде. Полученные в ходе изучения этого явления результаты в будущем могут быть полезными для создания более точных оптоэлектронных или оптических устройств из двумерных материалов.

Двумерные листы дихалькогенидов переходных металлов (transition-metal dichalcogenides, TMDC) весьма перспективны для различных электронных и оптоэлектронных приложений, в частности, создания светодиодов и солнечных батарей. Электроны в таких структурах сравнительно сильно взаимодействуют со светом, несмотря на то, что часто речь идет о толщинах, порядка одного атома.

Поэтому, даже если материал имеет толщину всего в несколько атомов, в формировании электрического тока участвует большая часть поглощенных фотонов.

Рис. 1. Изменение фотолюминесценции полупроводникового монослоя TMDC под воздействием различных газов.

Однако до сих пор у подобных структур были и свои серьезные недостатки. В частности, фрагменты полупроводника толщиной в один атом (используемые при создании подобных структур) не достаточно эффективно испускают свет, поскольку в данном случае (у полупроводниковых монослоев) квантовый выход фотолюминесценции является достаточно низким.

Похоже, способ справиться с этим затруднением предложила группа ученых из University of California (США). Ученые обнаружили, что они могут увеличить светоизлучающую эффективность двумерных материалов в 100 раз простым воздействием на образцы с помощью газообразного кислорода или водяного пара после термического отжига в вакууме.

Стоит отметить, что эффект является полностью обратимым при комнатной температуре, при этом сила его воздействия регулируется с помощью изменения давления газа.

По словам исследователей, молекулы кислорода или водяного пара слабо взаимодействуют с полупроводниковым монослоем TMDC, однако они стабилизируют пары электрон-дырка проводимости (экситоны), которые в противном случае не могут существовать достаточно долго. Таким образом, эти пары могут рекомбинировать и производить больше света.

Как считают сами ученые, полученные ими результаты показывают, что,

как и графен, полупроводниковый монослой TMDC очень чувствителен к окружающей среде. Взаимодействие с окружающими молекулами газа изменяет физические свойства материала с помощью корректировки экситонного взаимодействия в системе.

По мнению исследователей, их работа в будущем должна помочь ученым лучше понять, насколько чувствительны полупроводниковые монослои к молекулам среды, и как они взаимодействуют с различными газами. Сейчас команда занята поиском ответа на вопрос о том, как дефекты (к примеру, кристаллической решетки) в таких двумерных полупроводниках влияют на их фотолюминесценцию. Одновременно с этим они стараются создать новые TMDC с необычными физическими свойствами.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.