Cambiar la simetría de un material 2D puede desbloquear su promesa

Troy, Nueva York – Los materiales optoelectrónicos capaces de convertir la energía luminosa en electricidad y la electricidad en luz tienen aplicaciones prometedoras, como las tecnologías de emisión de luz, recolección de energía y detección. Sin embargo, los dispositivos fabricados con este material a menudo adolecen de ineficiencias y pierden tanta energía útil como calor. Para romper los límites actuales de eficiencia, se necesitan nuevos principios de conversión de luz-electricidad.

Por ejemplo, muchos materiales que exhiben propiedades optoelectrónicas efectivas están restringidos por simetría reflectante, una propiedad física que limita el control de los ingenieros sobre los electrones en el material y sus opciones para diseñar dispositivos nuevos o eficientes. En una investigación publicada hoy en Nanotecnología de la naturaleza, un equipo de científicos e ingenieros de materiales, dirigido por Jian Shi, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales en el Instituto Politécnico Rensselaer, utilizó gradientes de deformación para romper esta simetría de inversión, creando un nuevo fenómeno optoelectrónico en un material prometedor: el disulfuro de molibdeno ( MoS2): por primera vez.

Para romper la simetría de inversión, el equipo colocó un alambre de óxido de vanadio (VO2) debajo de una placa de MoS2. El disulfuro de molibdeno es un material flexible, dijo Shi, por lo que distorsionó su forma original para seguir la curva del cable de VO2, creando un gradiente dentro de su red cristalina. Imagínese lo que sucedería si pusiera una hoja de papel encima de un lápiz que estaba sentado en una mesa. La tensión variada generada en el papel es similar al gradiente de tensión formado en la red MoS2.

Este gradiente rompe la simetría de reflexión del material y permite que los electrones viajen dentro del cristal para ser procesados, dijo Shi. La respuesta óptica única observada cerca del gradiente de tensión permite que la corriente fluya a través del material. Conocido como efecto flexo-fotoeléctrico, se puede aprovechar para diseñar optoelectrónica nueva y / o altamente eficiente.

«Esta es la primera demostración de tal efecto en esta sustancia», dijo Shi. «Si tenemos una solución que no genera calor durante la conversión fotón-eléctrica, se pueden mejorar los dispositivos o circuitos electrónicos».

El óxido de vanadio es muy sensible a la temperatura, por lo que el equipo también pudo demostrar que el efecto flexo-fotoeléctrico condujo a una dependencia de la temperatura en el sitio donde se encuentran los materiales MoS2 y VO2, cambiando el gradiente de la red en consecuencia.

«Este descubrimiento apunta a un nuevo principio que se puede utilizar para la teledetección térmica», dijo Ji Jiang, investigador postdoctoral en el laboratorio de Shi y primer autor del artículo.

Lo que el equipo ha podido mostrar aquí, dijo Shi, no solo muestra una gran promesa para este material, sino que también indica el potencial de que dicho enfoque se utilice para diseñar otros materiales con propiedades optoelectrónicas favorables experimentadas por la simetría reflectante.

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