La capacidad de los materiales metálicos o semiconductores para absorber, reflejar y actuar sobre la luz es de primordial importancia para los científicos que desarrollan optoelectrónica, dispositivos electrónicos que interactúan con la luz para realizar tareas. Los científicos de la Universidad de Rice ahora han producido un método para determinar las propiedades demateriales delgados como átomos que prometen refinar la modulación y manipulación de la luz.
Los materiales bidimensionales han sido un tema de investigación candente desde que se identificó el grafeno, una red plana de átomos de carbono, en 2001. Desde entonces, los científicos han corrido para desarrollar, en teoría o en el laboratorio, nuevos materiales 2D con un rangode propiedades ópticas, electrónicas y físicas.
Hasta ahora, carecían de una guía completa sobre las propiedades ópticas que ofrecen esos materiales como reflectores, transmisores o absorbedores ultrafinos.
El teórico del laboratorio de materiales de Rice, Boris Yakobson, asumió el desafío. Yakobson y sus coautores, el estudiante graduado y autor principal Sunny Gupta, el investigador postdoctoral Sharmila Shirodkar y el científico investigador Alex Kutana, utilizaron métodos teóricos de vanguardiapara calcular las propiedades ópticas máximas de 55 materiales 2D.
"Lo importante ahora que entendemos el protocolo es que podemos usarlo para analizar cualquier material 2D", dijo Gupta. "Este es un gran esfuerzo computacional, pero ahora es posible evaluar cualquier material a un nivel cuantitativo más profundo"."
Su trabajo, que aparece este mes en la revista American Chemical Society ACS Nano , detalla la transmitancia, absorbancia y reflectancia de las monocapas, propiedades que denominaron colectivamente TAR. En la nanoescala, la luz puede interactuar con los materiales de formas únicas, provocando interacciones electrón-fotón o activando plasmones que absorben la luz en una frecuencia y la emiten enotro.
La manipulación de materiales en 2D permite a los investigadores diseñar dispositivos cada vez más pequeños como sensores o circuitos impulsados por la luz. Pero primero ayuda a saber qué tan sensible es un material a una longitud de onda particular de luz, desde infrarrojos hasta colores visibles y ultravioleta.
"En general, la sabiduría común es que los materiales 2D son tan delgados que deberían parecer esencialmente transparentes, con una reflexión y absorción insignificantes", dijo Yakobson. "Sorprendentemente, encontramos que cada material tiene una firma óptica expresiva, con ungran parte de la luz de un color particular longitud de onda absorbida o reflejada "
Los coautores anticipan que los dispositivos de fotodetección y modulación y los filtros polarizadores son posibles aplicaciones para materiales 2D que tienen propiedades ópticas dependientes de la dirección. "Los recubrimientos multicapa podrían proporcionar una buena protección contra la radiación o la luz, como los láseres", dijo Shirodkar.en este último caso, pueden ser necesarias películas heteroestructuradas multicapa - recubrimientos de materiales complementarios. Mayores intensidades de luz podrían producir efectos no lineales, y su explicación requerirá más investigación ".
Los investigadores modelaron pilas 2D así como capas individuales. "Las pilas pueden ampliar el rango espectral o generar nuevas funciones, como los polarizadores", dijo Kutana. "Podemos pensar en usar patrones de heteroestructura apilados para almacenar información o incluso para la criptografía"."
Entre sus resultados, los investigadores verificaron que las pilas de grafeno y borofeno son altamente reflectantes de la luz infrarroja media. Su descubrimiento más sorprendente fue que un material hecho de más de 100 capas de boro de un solo átomo, que todavía sería soloaproximadamente 40 nanómetros de grosor: reflejaría más del 99 por ciento de la luz desde el infrarrojo hasta el ultravioleta, superando el grafeno dopado y la plata a granel.
También hay un beneficio adicional que encaja con la sensibilidad artística de Yakobson. "Ahora que conocemos las propiedades ópticas de todos estos materiales, los colores que reflejan y transmiten cuando son golpeados con luz, podemos pensar en hacer que el estilo de Tiffany se manche-ventanas de vidrio en la nanoescala ", dijo." ¡Eso sería fantástico! "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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