Naukowcy z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Ostrawskiego (PřF OU) Nilesh Kumar, Miroslav Kolos i František Karlický skupili się ostatnio na parze dwuwymiarowych materiałów: borku fosforu i diselku chromu. Każdy z nich ma unikalne właściwości optyczne i elektroniczne, ale to ich połączenie w tzw. heterostrukturę van der Waalsa ujawniło prawdziwy potencjał całego układu.

„Odkryliśmy, że nawet niewielkie przesunięcie warstw materiału – rzędu odległości jednego atomu – może fundamentalnie zmienić jego właściwości optyczne. Nie musimy stosować żadnych zanieczyszczeń, obróbki chemicznej ani deformacji mechanicznych. To jak zabawa klockami, gdzie przesuwając jeden element, uzyskujemy zupełnie inną funkcję” – wyjaśnia dr Miroslav Kolos z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Ostrawskiego.

Innymi słowy, naukowcy znaleźli sposób na kontrolowanie absorpcji materiału – po prostu zmieniając jego geometrię. Niektóre konfiguracje warstw umożliwiają absorpcję światła w bardzo szerokim spektrum, co otwiera drogę do nowych typów fotodetektorów, energooszczędnych ogniw słonecznych czy kwantowych elementów komunikacyjnych.

Absorpcja światła jest związana z powstawaniem tzw. ekscytonów, czyli pary wyrzuconego elektronu i pozostawionej dziury. W niektórych przypadkach elektron znajduje się na jednym materiale warstwy podwójnej, a dziura na drugim – nazywamy je ekscytonami międzywarstwowymi.

„Fascynujące jest obserwowanie, jak dwie warstwy, mimo że nie są nawet połączone wiązaniami chemicznymi, tworzą nową jakość w heterostrukturze, niemal jak przełącznik. Zaprojektowany przez nas materiał jest wyjątkowy pod względem takiej samej odległości między atomami w obu warstwach. Dzięki temu poszczególne warstwy idealnie do siebie pasują, a słabe oddziaływanie między nimi „przełącza się” na inny reżim. Okazało się, że ekscytony międzywarstwowe występują w niektórych konfiguracjach, a w innych wcale. Rezultatem jest ich różna absorpcja światła słonecznego” – dodaje docent František Karlický, kierownik zespołu w Katedrze Fizyki Wydziału Fizyki Uniwersytetu Ostrawy.

Odkrycie fizyków z Ostrawy, opisane w prestiżowym czasopiśmie „Nano Letters”, otwiera nowe możliwości w przyszłości, pozwalające na efektywne kontrolowanie oddziaływania materiału ze światłem lub innym promieniowaniem elektromagnetycznym – wyłącznie dzięki precyzyjnemu ułożeniu jego warstw na poziomie atomowym. Takie podejście może w przyszłości doprowadzić do opracowania zupełnie nowych komponentów o predefiniowanych właściwościach, których zastosowanie wykracza daleko poza granice obecnej elektroniki. W praktyce taki materiał mógłby umożliwić tworzenie tańszych, wydajniejszych lub mocniejszych urządzeń w dziedzinie energii słonecznej, optyki czy komunikacji kwantowej. Znaczenie odkrycia podkreśla również fakt, że znalazło się ono na okładce bieżącego numeru czasopisma.

źródło: Ostravská univerzita