Исследователям из США впервые удалось вырастить одноатомный слой дисульфида вольфрама, имеющий треугольную форму. Листы, по всей видимости, имеют необычные фотолюминесцентные свойства, которые могут быть использованы в будущем в таких оптических устройствах, как лазеры и светодиоды.

Известно, что электронные и механические свойства двумерных материалов существенно отличаются от их трехмерных прообразов, таким образом, 2D кристаллическая структура может найти новые применения в целом ряде приложений.

До сих пор, однако, большая часть исследований в этом направлении была сосредоточена вокруг самой известной двумерной конструкции – графена, представляющего собой одноатомный слой углерода, образующего гексагональную кристаллическую решетку.

К сожалению, графен в «чистом» виде не имеет запрещенной зоны для свободных носителей заряда, поэтому с целью производства электронных компонент сейчас ученые активно начали рассматривать и другие двумерные «кандидаты».

Работала в этом направлении и исследовательская группа из Penn State University (США). В рамках своей работы ученые предложили методику контролируемого термического восстановления, благодаря которой можно создавать монослои дисульфида вольфрама (WS2). Для обеспечения роста ученые сначала получали крошечные кристаллы оксида вольфрама размерами менее 1 нм, а затем пропускали через них пары серы при температуре 850 градусов по шкале Цельсия. В результате получался монослой дисульфида вольфрама, по форме напоминающий треугольник.

Как упоминалось выше, свойства двумерных систем часто отличаются от свойств объемных тел. Не является исключением и созданная структура. Хотя объемный материал является полупроводником, имеющим косвенную ширину запрещенной зоны, монослой обладает обычной (прямой) запрещенной зоной, позволяющей использовать его для создания устройств, к примеру, эффективно излучающих свет.

Одним из достижений предложенной методики производства, как считают сами ученые, является то, что с помощью техники химического осаждения у них получается создать настолько совершенный треугольник атомарной толщины. Более того, исследования полученной структуры показывают, что края треугольников довольно сильно излучают свет за счет явления фотолюминесценции. О подобных эффектах в таких структурах ранее не сообщалось.

Явление фотолюминесценции заключается в возникновении светового излучения, когда носители заряда (электроны и дырки проводимости) рекомбинируют внутри структуры. При этом длина волны излучения оказывается отличной от длины волны света, использовавшегося для начального возбуждения материала.

Как поясняют ученые, обычно на подобных структурах не удается обнаружить данное явление, поскольку из-за дефектов в кристаллической структуре электроны и дырки рекомбинируют способами, не подразумевающими излучение света. Но в своих экспериментах американские ученые наблюдали противоположную ситуацию: структурные дефекты по краям монослоя, наоборот, провоцируют излучение света.

По мнению исследовательской группы, созданные ими структуры могут найти применение в оптоэлектронике (в частности, для создания светоизлучающих устройств в тех областях, где необходимо контролировать распространение света в тонких слоях материала), использоваться в качестве биомаркеров или средства доставки лекарств. Однако прежде чем речь пойдет о коммерческом или промышленном использовании этих треугольников, необходимо провести дополнительные исследования.

Подробные результаты работы ученых опубликованы в журнале Nano Letters.

В ближайшем будущем группа планирует сосредоточить внимание на создании других двумерных структур с различными оптическими и электронными свойствами. Их цель – лучший контроль и понимание светового излучения от двумерных материалов в целом.