Материаловеды из Финляндии и Китая обнаружили, что для нитевидного красного фосфора — кристаллической модификации, состоящей из несвязанных атомарных трубок, — характерно гигантское усиление фотолюминесценции. Интенсивность люминесценции одномерного фосфора в четыре раза превосходит аналогичные показатели для лучших двумерных материалов, а анизотропия люминесценции, которая достигает 90 процентов, — на уровне рекордных значений.

Эти результаты могут сместить фокус интереса нанофотоники и оптоэлектроники в пользу одномерных материалов, пишут ученые в Nature Communications.

Уменьшение размерности кристаллов значительно расширяет диапазон их физических свойств. Движение электронов в низкоразмерной среде ограничено, и именно поэтому необычные электронные свойства появляются, например, у графена или полупроводников на основе дихалькогенидов переходных металлов. Двумерность приводит к квантовым фазовым переходам, в результате чего в кристаллах появляются хиральные квазичастицы, необычная сверхпроводимость или возникают нелинейные оптические эффекты. Несколько таких слоев можно с помощью вандерваальсовых сил собрать в единую систему, в которой каждый слой выполняет свою функцию. Подробнее про такие многослойные материалы вы можете прочитать в интервью с Юрием Гогоци.

На двумерности, однако, можно не останавливаться. Если ограничить движение электронов в кристалле не двумя измерениями, а одним, это может привести к не менее интересным эффектам. Например, в таких нитевидных кристаллах у электронов нарушается вращательная симметрия, из-за чего в вандерваальсовых структурах, составленных из одномерных кристаллов, возникает выраженная анизоторопия электронных свойств.

Однако пока одномерные вандерваальсовы материалы исследованы значительно хуже двумерных, и весь класс пока ограничивается отдельными примерами (в частности, теллуром и селенидом сурьмы), свойства которых изучены довольно слабо.

Материаловеды из Финляндии, Китая и Сингапура под руководством Чжипэя Суня (Zhipei Sun) из Университета Аалто изучили нитевидный красный фосфор — хуже изученный материал с аналогичной структурой — и показали, что такие одномерные кристаллы могут обладать не только анизотропной электропроводностью, но и уникальными оптическими свойствами.