Dostrajanie emisji optycznej nanoarkuszy
Grafen, czyli arkusz pojedynczych atomów węgla, posiada niezwykły stosunek wytrzymałości do masy oraz wiele innych niespotykanych właściwości. Przypominające grafen dwuwymiarowe nanoarkursze są przedmiotem coraz większego zainteresowania badaczy. W szczególności metale przejściowe, takie jak tytan, wykazują ogromny potencjał, jeśli chodzi o zastosowanie w technologiach energii odnawialnej, nanooptoelektronice oraz nanokatalizatorach. Do ich pełnego wykorzystania potrzebne jest szczegółowe scharakteryzowanie właściwości elektrycznych i optycznych takich materiałów. W ramach projektu "Understanding and exploiting dielectric response in novel semiconducting nanosheets" (EXPRESS) finansowany ze środków UE zespół badawczy posłużył się teorią, symulacjami i doświadczeniami, aby zbadać te materiały w skali od pojedynczych atomów. Udało się uzyskać istotne rezultaty dotyczące właściwości dielektrycznych materiałów do urządzeń emitujących światło w systemach z heksagonalnego azotku boru (hBN) działających w dalekim ultrafiolecie (UV). Badacze zainspirowali się tym, że emisja na jednej częstotliwości zachodzi tylko w bardzo czystych próbkach, a występowanie wielu częstotliwości emisji w hBN kojarzone jest z uszkodzeniami materiału. Jednakże mimo dużej liczby badań eksperymentalnych nie udało się uzyskać korelacji określonych cech emisji w celu identyfikacji wadliwych struktur. Zaawansowane metody numeryczne z dziedziny fizyki ciał stałych pokazały, że duży wpływ na widma optyczne i zjawiska ekscytonowe w hBN mogą mieć odkształcenia symetrii. Odkształcenia te powodowane są przez defekty ułożenia kryształów i towarzyszące im oddziaływania atomów zachodzące między płaszczyznami. Następnie dokonano korelacji teorii z wynikami doświadczeń, by wykorzystać je do wyjaśnienia tych zjawisk. Wyniki badań EXPRESS wskazują, że celowe wywołanie defektów ułożenia w idealnym krysztale hBN może być sposobem na dostrojenie widma emisji w regionie dalekiego UV. I odwrotnie — analiza złożonych widm może być sposobem na stworzenie mapy defektów strukturalnych. Ustalenia te pokazują wreszcie, że modele fizyki ciał stałych są bardzo skuteczne, gdy zastosować je do nowej klasy materiałów warstwowych, mających duży potencjał technologiczny. Narzędzia te będą zatem nieocenione w modelowaniu predykcyjnym i podczas formułowania hipotez mających na celu planowanie przyszłych eksperymentów. Wiedza uzyskana dzięki projektowi EXPRESS przyspieszy proces powstawania nowych fascynujących produktów i rozwiązań.
Słowa kluczowe
Nanoarkusze, symulacje, teoria perturbacji wielociałowych, UV, heksagonalny azotek boru, emisje, defekty, widma, defekt ułożenia kryształu
