با کنترل سطوح انرژی اتمی؛

نور‌هایی که به دلخواه شما ساخته می‌شوند

محققان در یافته‌های جدید خود از مواد دو بعدی استفاده کردند که با کنترل سطوح انرژی اتمی آن‌ها می‌توان نور‌هایی با رنگ دلخواه ایجاد کرد.

کد خبر: ۸۲۹۵۱۲

دوشنبه - ۰۵ اسفند ۱۳۹۸ / February 24, 2020

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری دانشجو، یافتن مواد نیمه رسانا جدید که نور نشر می‌کنند برای گسترش طیفی از دستگاه‌های الکترونیکی ضروری است. اما ایجاد ساختار‌های مصنوعی که با توجه به نیاز‌های خاص ما نور نشر می‌کنند، یک پیشنهاد جذاب تراست.

با این حال نشر نور در یک نیمه رسانا تنها تحت شرایط خاصی اتفاق می‌افتد. محققان دانشگاه ژنو سوییس، طی همکاری با دانشگاه منچستر، یک دسته کامل از مواد دوبعدی که به اندازه یک یا چند اتم نازک هستند را کشف کرده‌اند. وقتی این کریستال‌های نازک اتمی با هم ترکیب می‌شوند؛ ساختار‌هایی که نور‌هایی با رنگ دلخواه نشر می‌کنند، شکل می‌دهند.

از مواد نیمه رسانا که قادر به انتشار نور هستند، در بخش‌های متنوعی از ارتباطات از راه دور، دستگاه‌های نشر نور (LED) و تشخیص پزشکی، استفاده می‌شود. نشر نور زمانی اتفاق می‌افتد که الکترون در یک نیمه رسانا از تراز انرژی بالاتر به تراز انرژی پایین‌تر بیاید. تفاوت در انرژی، رنگ نور نشر شده را تعیین می‌کند. برای تولید نور، سرعت الکترون قبل و بعد از پرش باید یکسان باشد، وضعیتی که به مواد نیمه رسانا خاص بستگی دارد. فقط برخی از نیمه رسانا‌ها می‌توانند برای نشر نور استفاده شوند، برای مثال؛ سیلیکون که در کامپیوتر‌ها استفاده می‌شود نمی‌تواند در ساخت LED‌ها مورد استفاده باشد.

آلبرتو مورپورگو، استاد گروه فیزیک ماده کوانتومی در دانشگاه ژنو توضیح می‌دهد: «سوال ما این است که آیا می‌توانیم از مواد دو بعدی برای ایجاد ساختار‌هایی که نور با رنگ دلخواه نشر می‌کنند، استفاده کنیم؟»

مواد دوبعدی کریستال‌های کاملی هستند، مانند گرافن، که ضخامتشان یک یا چند اتم است. با پیشرفت‌های جدید فناوری، مواد دو بعدی می‌توانند روی هم جمع شوند و ساختار‌های مصنوعی شبیه به نیمه رسانا‌ها ایجاد کنند. مزیت این نیمه رسانا‌های مصنوعی این است که سطح انرژی ان‌ها می‌تواند با ترکیبات شیمایی و ضخامت موادی که ساختار را می‌سازند، کنترل شود.

نیکولاس اوبریگ از محققان این مجموعه توضیح میدهد: «این نوع نیمه رسانا‌های مصنوعی برای اولین بار ۲ یا ۳ سال پیش ساخته شده اند. وقتی مواد دو بعدی دقیقا ساختار یکسان داشته باشند و کریستال‌ها کاملا هماهنگ کنارهم قرار گرفته باشند، این نوع نیمه رسانا‌ها مصنوعی می‌توانند نور نشر کنند؛ اما بسیار نادر است.» این شرایط چنان سخت است که آزادی کمی برای کنترل نور نشر شده باقی می‌گذارد.

پروفسور مورپورگو ادامه میدهد: «هدف ما این بود که دو ماده دوبعدی مختلف را برای نشر نور با هم ترکیب کنیم در حالیکه هیچ محدودیتی برای آن‌ها وجود نداشته باشد.» فیزیکدانان تصور می‌کردند، اگر بتوانند دسته‌ای از مواد را پیدا کنند که در آن سرعت الکترون‌ها قبل و بعد از تغییر در سطح انرژی صفر باشد، سناریویی ایده آل است که همیشه شرایط را صرف نظر از شبکه بندی کریستالی و جهت گیری‌های نسبی آن‌ها برای نشر نور فراهم می‌کند.

شمار بزرگی از نیمه رسانا‌ها دوبعدی شناخته شده سرعت الکترونی صفر در سطح انرژی مناسب دارند. به لطف تنوع ترکیبات، بسیاری از مواد مختلف می‌توانند با هم ترکیب شوند و یک نیمه رسانای جدید که نور خاصی نشر می‌کند، ایجاد کند. پروفسور ولادیمیر فالکو از دانشگاه منچستر می‌افزاید: «هنگامی که ما این ایده را داشتیم، پیدا کردن موادی برای اجرای آن آسان بود.»

موادی که در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفتند دیکلوکوژید‌های فلزی انتقالی بود. سایر مواد ممکن شناسایی شده برای گسترش طیف رنگ‌های نور نشر شده با این نیمه رسانا‌های مصنوعی جدید مفید خواهند بود. اوبریگ ادامه داد: «بزرگترین مزیت این مواد دو بعدی ارائه استراتژی جدید برای دستکاری نور و رسیدن به انرژی و رنگ دلخواه است.»