مثلث‌های تنگستنی تابش می‌کنند !

[∆ MeRzaD ∆]

محققان در آمریکا برای اولین بار موفق شدند تا لایه های تک اتمی طبیعی که در تنگستن معدنی ظاهر می شوند را رشد دهند. این ورقه ها ویژگی های درخشندگیِ نوری غیرعادی از خود نشان می‌دهند و می توان از آن‌ها در قطعات اپتیکی همانند لیزرها و دیودهای گسیل‌کننده‌ی نور و همچنین برای دارو رسانی در بدن استفاده نمود.

مواد دو بعدی به شکل چشمگیری خواص مکانیکی و الکترونی متفاوتی از همتایان سه بعدی خود دارند٬ بنابراین می توان از آن‌ها در قطعات کاربردیِ کمیاب و نادر استفاده نمود. با این وجود تابحال اغلب تحقیقاتی که در این زمینه انجام یافته٬ بر روی معروف‌ترین مواد دو بعدی٬ یعنی گرافین٬ تمرکز یافته اما واقعیت این است که چون این مواد فاقدِ گاف نواری الکترونی مستقیم هستند٬ دانشمندان در حالِ حاضر به‌دنبال کار بر روی موادِ دو بعدی دیگر نیز هستند.

تیمی که توسط موریسیو ترونیز (Mauricio Terrones) و وینسنت کرسپی (Vincent Crespi) از دانشگاه ایالتی Penn در آمریکا رهبری می‌شود، تک لایه های تنگستنی (WS2) را با ترکیب بلورهای کوچک اکسیدِ تنگستن که کم تر از یک نانومتر درازا دارند٬ رشد داده اند. پس از آن٬ این بلورها را از بخار سولفور در دمای بالای 850 درجه سلسیوس گذراندند. نتیجه این شد که تک لایه‌های دی سولفیدِ تنگستن در نمونه‌ی لانه‌زنبوری از مثلث‌هایی که از اتم های تنگستنی تشکیل یافته‌اند٬ آرایش یافتند و به اتم های سولفور مقید شده‌اند.
ترونیز به Physicsworlds.com می گوید: «ما متحیر بودیم که چنان اشکالِ مثلثی‌شکل نازک به شکل اتمی و کامل را با استفاده از یک روش رسوبِ بخارِ شیمیایی می توانیم رشد دهیم.» «و همچنین این مسئله مایه‌ی شگفتیِ دوباره‌ی ماست که در این مثلث ها لبه های آن‌ها نسبت به مراکز آن‌ها٬ شدیدتر تابش می کنند - یک اثر درخشندگیِ نوری پیرامونی که هرگز انتظار آن را نداشتیم و قبلاً نیز گزارش نشده بود.»
درخشندگیِ نوری زمانی اتفاق می افتد که حاملانِ بار (الکترون‌ها و حفره‌ها) در یک ساختار٬ برای گسیل نوری با طول موج متفاوت از طول موجی که در ابتدا برای برانگیختن ماده استفاده شده، بازترکیب می‌گردند. به بیان کرسپی٬ گسیل نور معمولاً چیزٍ ظریفی است و نقص‌های ساختاری - مانند لبه‌ها- مانع گسیل نوری می شوند و تمایل دارند تا الکترون ها و حفره‌هایی را برانگیخته کنند که به آن روش هایی بازترکیب می‌شوند که باعث گسیلِ نور نمی‌شوند. به گفته ی وی: «آن‌چه ما دیدیم تنها اثری مخالفِ این موضوع بود.»«به نظر می‌آید آن نقص‌های ساختاری که نزدیک لبه‌های یک مثلث ایجاد می‌شود٬ مکانِ مورد علاقه‌ای برای گسیل نور باشد.»

گاف نواری مستقیم

سیستم‌های دو بعدی ذاتاً متفاوت از همتایان سه بعدی کپه‌ای یک نیم رسانای با گاف نواری غیر مستقیم هستند و WS2 یک استثناء به حساب نمی‌آید. در حالی‌که موادِ کپه‌ای گاف نیم‌رسانای غیرمستقیم دارند٬ مواد تک لایه‌ی مورد‌ِبحث، یک گاف نواری مستقیم را به رخ می کشند. گاف های نواری مستقیم در نیم رساناها مهم‌ به‌شمار می‌آیند٬ چون هم‌چنان که در این مورد نیز مشاهده شده، چنان گاف‌های نواری مستقیم٬ این امکان را فراهم می‌کنند تا قطعاتی از این مواد ساخته شود که به شکلی کارآمد موجبِ گسیلِ نور  می‌شوند.
بر اساس کاری که تیم ایالتیِ Penn انجام داده‌اند، مثلث های WS2 قادرند تا کابردهایی را در اپتوالکترونیک بیابند. ترونیز می افزاید: «آن‌ها می‌توانند حتی بعنوانِ نشان‌گرهای زیستی و یا برای دارورسانی سودمند باشند. اما قبل از آن که بتوانیم با چنان قطعیتی صحبت کنیم٬ تحقیقات بسیار زیادی نیاز است انجام شود.» «آن‌ها هم‌چنین می‌توانند در تولیدِ جدیدی از قطعات اپتوالکترونیکی مسطحِ دو بعدی٬ همانند دیودهای گسیل نوری - که در آن‌ها انتشار نور در لایه های نازکِ مواد را کنترل می کنیم- و حتی در فناوری لیزری مفید واقع شوند.
هم‌اکنون محققان در حال طرح‌ریزی بر روی رشدِ دیگرِ موادِ دوبعدی که ویژگی‌های الکترونی و اپتیکی متفاوت دارند٬ هستند. به گفته‌ی کرسپی بعضی از مثال‌های آن را می‌توان در خط‌ لوله‌ی شامل WSe2 ٬ NbS2 و MoSe2  یافت. «ما همچنین به درک و فهمِ بهتر و کنترلِ نور گسیل‌شده از مواد دوبعدی در حالتِ عمومی علاقه‌مندیم و سعی داریم چنان مثلث‌هایی را در داخل قطعاتِ چندمولفه‌ای جاسازی کنیم.»
این کار در Nano Letters تشریح شده است.