新的光谱方法可以改善光学器件

新的光谱方法可以改善光学器件

从单层MOS2的角度分布,左侧,左侧,与面内取向发射器的理论计算紧密地匹配,右侧,表明来自MOS2的光发射来自面内取向的发射器。信贷:Zia Lab / Brown大学

由研究人员团队开发,能量动量光谱允许科学家更好地了解光线如何从分层的纳米材料和其他薄膜发出,可能导致更好的LED和太阳能电池。

罗得岛州普罗维登斯市(布朗大学)——一个多所大学的研究小组使用了一种新的光谱方法,对层状纳米材料和其他薄膜如何发出光有了关键的了解。

该技术称为能量动量光谱,使研究人员能够查看从薄膜出来的光,并确定它是否来自沿薄膜平面或从垂直于薄膜定向的发射器的发射器。了解发射者的方向可以帮助工程师更好地利用LED或太阳能电池等光学器件中的薄膜材料。

这个调查,3月3日发表在《自然纳米技术》杂志上,是布朗大学的合作努力,案例西部储备大学,哥伦比亚大学以及加州大学圣巴巴拉分校。

这项新技术利用了薄膜的一个基本特性:干涉。干扰效应可以在彩虹颜色的肥皂泡或浮油表面看到。科学家们可以分析光在不同角度是如何进行建设性和破坏性干涉的,从而得出关于薄膜本身的结论——例如,薄膜有多厚。这项新技术使发光薄膜的分析更进一步。

“我们技术的关键区别在于,我们关注的是光发射时的能量、角度和偏振,”布朗大学的工程学助理教授拉希德·齐亚(Rashid Zia)说,他是这项研究的主要作者之一。“我们可以将这些不同的角度与电影中发射器的不同方向联系起来。在某些角度和极化时,我们只能看到来自面内发射器的光,而在其他角度和极化时,我们只能看到来自面外发射器的光。”

研究人员在两种重要的薄膜材料上演示了他们的技术,二硫化钼(MoS2)和PTCDA。每一种都代表了一类在光学应用方面有前景的材料。二硫化钼是一种二维材料石墨烯.,PTCDA是有机半导体。该研究表明,MOS2的光发射仅发生在面内发射器。在PTCDA中,光来自两个不同的发射器,一个面内和一个平面。

Zia说,一旦知道了发射器的方向,就有可能设计出能够最大化这些方向性的结构器件。在大多数应用中,薄膜材料是层叠在一起的。每一层发射器的方向表明电子激励是在每一层内发生还是跨层发生,这对这样的设备应该如何配置有影响。

“If you were making an LED using these layered materials and you knew that the electronic excitations were happening across an interface,” Zia said, “then there’s a specific way you want to design the structure to get all of that light out and increase its overall efficiency.”

同样的概念也适用于像太阳能电池这样的吸光设备。通过了解电子激励如何在材料中发生,就有可能以一种方式将更多的入射光转化为电能。

“关于这项研究的一个令人兴奋的事情是它如何将具有不同专业知识的人们汇集在一起​​,”Zia说。“我们集团在棕色的专业知识正在开发新的光谱学,研究电子来源的光发射。哥伦比亚的Kymissis集团在有机半导体中拥有大量专业知识,而西方的Shan集团在分层纳米材料中具有很大的专业知识。这项研究的第一作者乔恩·施防者在将所有这些专业知识融为一体中做得很好。乔恩是哥伦比亚能源前沿研究中心的博士博士的一位访问科学家,现在是UCSB教授。“

纸上的其他作者是Sinan Karaveli(棕色),Theanne Schiros(哥伦比亚),Keliang He(Case Western),Shyuan Yang(哥伦比亚),Ioannis Kymissis(哥伦比亚)和杰山(凯斯西部)。该工作的资金是由科学研究,能源部,国家科学基金会和半导体研究公司的纳米电子研究倡议提供的空军。

出版物:Jon A. Schuller等,“纳米材料中发光激子的定向”,“自然纳米技术(2013);DOI:10.1038 / nnano.2013.20

图片:Zia实验室/布朗大学

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