UCLA’daki California NanoSistemler Enstitüsü (CNSI) ekibi, esnek, dayanıklı ve üretimi ucuz yeni bir ışık yayan malzeme tanıttı. Çalışmada, yalnızca birkaç atom kalınlığındaki iki boyutlu yarı iletken molibden disülfür (MoS₂), yakıt hücrelerinde proton değişim membranı olarak bilinen Nafion ile birleştirildi. Araştırma grubunun bulgularına göre, bu iki malzemenin katmanlı entegrasyonu, pratikte kırılgan ve sönük emisyonlu MoS₂’nin parlak ve kararlı şekilde ışık yaymasını sağladı. Üstelik, ortaya çıkan büyük alanlı, yazdırılabilir membranlar kırılmadan gerilme altında çalışabiliyor.
KUSUR İYİLEŞTİREN HİBRİT
MoS₂, doğrudan bant aralığı sayesinde ışıkla verimli etkileşime elverişli olsa da, tek katmanlı yapının kırılganlığı ve yüzey kusurları ışık çıkışını bastırıyordu. CNSI ekibi, Nafion ile katmanlama sonrası, polimerin mekanik destek sağlamanın ötesinde, yarı iletken yüzeyde elektronları hapseden ve söndürmeye yol açan kusurları aktif biçimde iyileştirdiğini ortaya koydu. Bu sayede, tek başına MoS₂’ye kıyasla kat kat daha parlak emisyon elde edildi; malzeme dayanıklılığını korurken optik verim kayda değer ölçüde arttı.
YAZDIRILABİLİR MEMBRAN
Araştırmacılar, MoS₂ sayfalarını Nafion içine yerleştirerek veya üst üste katmanlayarak, büyük alanlı, yazdırılabilir, esnek ve mekanik olarak sağlam membranlar üretti. Bu membranlar tekrar eden gerilmelere rağmen kırılmadan ışık yaymayı sürdürüyor. Böylece, tipik olarak ‘çok hassas ve sönük’ bulunan 2B yarı iletkenler, pratik cihaz entegrasyonuna uygun bir optoelektronik aktif film formuna kavuşmuş oldu.
FOTONİKTE STRATEJİK POTANSİYEL
Yeni malzemenin fotonik hesaplamalarda çip entegre ışık kaynakları için yüksek potansiyele sahip olduğu değerlendiriliyor. Elektronlar yerine fotonların kullanıldığı fotonik devrelerde, ışık daha hızlı iletiliyor ve ısı üretimi/çarpışmalar azaldığı için enerji verimliliği artabiliyor. Bu bağlamda hibrit MoS₂–Nafion membranlarının, kısa vadede esnek ekranlar, esnek lazerler, algılama-biyofotonik ve optik kablosuz iletişim bileşenlerinde; orta-uzun vadede ise veri merkezleri, iletişim ve yapay zekâ altyapılarında enerji maliyetlerini düşüren fotonik çözümler için altyapı oluşturması bekleniyor.
GRAFENDEN FARKI NE?
Grafen yoğun biçimde incelenmiş olsa da zayıf ışık yayıcı. MoS₂ ise doğrudan bant aralığı sayesinde ışıkla çok daha verimli etkileşiyor. Sorun, 2B MoS₂ filmlerinin kırılganlığı ve kusur kaynaklı sönüm etkisiydi. Nafion ile hibrit yaklaşım, esneklik, kimyasal kararlılık ve iyonik etkileşim avantajlarını MoS₂’nin optoelektronik nitelikleriyle bir araya getirerek, parlak ve kararlı bir emisyon platformu sundu.
ESNEK EKRANLARDAN FOTONİK ÇİPLERE
Elde edilen membranlar, esnek görüntüleme, giyilebilir optoelektronik, entegre fotonik ve mikro-LED/OLED hibrit ekran teknolojilerinde ışık kaynakları olarak değerlendirilebilir. Ayrıca, çip üstü lazer ve dalga kılavuz entegrasyonları için yazdırılabilirlik ve mekanik sağlamlık kritik bir avantaj sunuyor. Araştırma ekibi, malzeme platformunun ucuz üretilebilirliği ve ölçeklenebilirliği nedeniyle piyasaya yakın uygulamalar için cazip olduğuna dikkat çekiyor.
