07/10/2016
È stata pubblicata su Nature Communications il 4 ottobre 2016 una ricerca coordinata dall’Istituto materiali per elettronica ed il magnetismo (Imem) del Cnr di Parma in collaborazione con l’Istituto materiali per la microelettronica del Cnr (Imm-sezioni di Agrate Brianza e Catania), con l’Università Milano Bicocca e con il RDCOMM-ARDEC US Army Laboratory di Picatinny, NJ, Usa..
La ricerca ha dimostrato l’esistenza di una correlazione tra difetti di punto ed una nuova emissione ottica nel vicino infrarosso nel disolfuro di molibdeno (MoS2) esfoliato, un dicalcogenuro bidimensionale di metalli di transizione di recentissimo ed estremo interesse per applicazioni fotoniche e nanoelettroniche.
Uno dei principali vantaggi dei dicalcogenuri bidimensionali di metalli di transizione (MX2- M: metallo; X: calcogeno-S, Se, Te), ad esempio rispetto al grafene, è dovuto al confinamento quantico che permette una transizione del band gap da indiretto a diretto in funzione dello spessore del materiale. Diminuendo lo spessore, la transizione da gap indiretto (1.29 eV) che giace al disotto della gap diretta nel materiale massivo, si sposta ad energie più alte consentendo il passaggio ad un materiale a gap diretta (1.8 eV). Questo particolare effetto, che si verifica nel limite del singolo monolayer, apre notevoli prospettive per nuove classi di dispositivi emettitori di luce nel visibile.
Tuttavia, difetti strutturali come impurezze, vacanze, dislocazioni, bordi di grano etc, sono comunemente presenti all’interno del reticolo cristallino di calcogenuri di metalli di transizione e sono normalmente considerati altamente detrimenti per le proprietà ottiche dei materiali.
Nella loro ricerca gli autori riportano l’evidenza sperimentale, confermata da calcoli ab initio, di una emissione nel vicino infrarosso (0.75 eV) mai evidenziata in precedenza in questi materiali, generata da un’alta concentrazione di vacanze di zolfo ai bordi di flakes di MoS2 esfoliato. Una intrigante prospettiva del lavoro risiede nel fatto che le proprietà ottiche di questi materiali possono essere ingegnerizzate durante la sintesi dei flakes di MoS2 mediante trattamenti post crescita. Ciò è possibile in quanto le emissioni ottiche sono mediate dal difetto nativo energeticamente più favorevole (vacanze di zolfo).
Il risultato ottenuto ha una validità del tutto generale in quanto il difetto di punto dovuto alla vacanza di calcogeno ha la più bassa energia di formazione per tutti i tipi di calcogenuri bidimensionali di metalli di transizione. Le prospettive in termini di dispositivi emettitori ed assorbitori nel vicino infrarosso sono evidenti in particolare nel caso di spessori superiori al monolayer.
Novel near-infrared emission from crystal defects in MoS2 multilayer flakes
F. Fabbri, E. Rotunno, E. Cinquanta, D. Campi, E. Bonnini, D. Kaplan, L. Lazzarini, M. Bernasconi, C. Ferrari, M. Longo, G. Nicotra, A. Molle, V. Swaminathan & G. Salviati, Nature Communications| 7:13044 | DOI: 10.1038/ncomms13044 |www.nature.com
Per informazioni:
Giancarlo Salviati
Imem-Cnr
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43124 Parma
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