Regolazione dell’emissione ottica delle nanolamine
Il grafene, una lamina dello spessore di un solo atomo costituita da atomi di carbonio, presenta un eccezionale rapporto forza-peso e numerose altre insolite proprietà. Le nanolamine bidimensionali simili al grafene sono da qualche tempo al centro della ricerca. In particolare, composti di metalli di transizione come il titanio promettono un ampio utilizzo nelle tecnologie per le energie rinnovabili, nella nano optoelettronica e nella nano catalisi. Lo sfruttamento completo dipende dalla caratterizzazione dettagliata delle proprietà elettroniche e ottiche di tali materiali. Gli scienziati finanziati dall’UE hanno utilizzato teorie, simulazioni ed esperimenti per acquisire conoscenze fin dal livello atomico, nell’ambito del progetto EXPRESS (“Understanding and exploiting dielectric response in novel semiconducting nanosheets”). Si sono ottenuti importanti risultati riguardanti le proprietà dielettriche dei materiali per i dispositivi a emissione luminosa nell’intervallo dell’ultravioletto (UV) lontano, usando sistemi basati sul nitruro di boro esagonale (hBN). La principale motivazione del lavoro era legata al fatto che l’emissione in una sola frequenza si verifica esclusivamente in campioni di eccezionale purezza e le frequenze a emissioni multiple nel hBN comune sono attribuite a difetti. Tuttavia, l’ampio numero di studi sperimentali non era riuscito a trovare una correlazione delle caratteristiche specifiche delle emissioni con le strutture difettose ben identificate. Metodi numerici avanzati per la fisica dello stato solido dei diversi corpi hanno mostrato che gli spettri ottici e gli effetti eccitonici nei gruppi di hBN possono essere fortemente influenzati dalle distorsioni della simmetria. Tali distorsioni sono indotte da difetti del reticolo cristallino e dalle interazioni atomiche tra piani associate. Le teorie sono state poi messe a confronto con i risultati sperimentali e utilizzate per dare a questi la corretta spiegazione. I risultati di EXPRESS suggeriscono che l’induzione volontaria dei difetti del reticolo cristallino in un cristallo di hBN perfetto potrebbe essere un modo per regolare lo spettro delle emissioni nella regione dell’UV lontano. Al contrario, l’analisi dello spettro complesso può essere un modo per eseguire la mappatura dei difetti strutturali. Infine, i risultati mostrano che i modelli per la fisica dello stato solido dei diversi corpi sono estremamente precisi quando applicati alla nuova classe di materiali stratificati con grandi potenzialità tecnologiche. Questi strumenti saranno pertanto inestimabili nella modellazione predittiva e nella formulazione di ipotesi per una progettazione efficace degli esperimenti futuri. Le conoscenze svelate da EXPRESS accelereranno pertanto il processo di scoperta e lo sviluppo di interessanti nuovi prodotti per numerose applicazioni.
Parole chiave
Nanolamine, simulazioni, teoria della perturbazione multicorpo, UV, nitruro di boro esagonale, emissione, difetti, spettri, difetto del reticolo cristallino
