پژوهشگران گروه تحقیق میان رشته‌ای سیستم‌های الکترونیکی کم انرژی (LEES) در اتحادیه تحقیقات و فناوری MIT – سنگاپور با همکاری محققانی از موسسه فناوری ماساچوست (MIT) و دانشگاه ملی سنگاپور (NUS)، یک روش جدید برای کنترل انتشار نور از مواد ارائه کرده‌اند.
روشی برای کنترل نشر نور از نانومواد لایه‌ای
کنترل ویژگی‌های مواد، نیروی محرکه بسیاری از تحقیقات فناورانه از صفحات خورشیدی، کامپیوترها، وسایل نقلیه هوشمند گرفته تا تجهیزات بیمارستانی بوده است. اما ویژگی‌های مواد به‌طور سنتی براساس ترکیب، ساختار و گاهی اندازه آن‌ها تنظیم می‌شود و بیشتر دستگاه‌های عملی که نور تولید می‌کنند از لایه‌هایی از مواد با ترکیبات مختلف استفاده می‌کنند که رشد آن‌ها اغلب دشوار است.
دستیابی به موفقیت محققان در این پروژه، رویکرد جدیدی برای تغییر پارادایم ارائه می‌دهد. محققان به‌دنبال استفاده از تغییر زاویه پیچش بین فیلم‌هایی که در دمای اتاق روی هم قرار گرفته‌اند، هستند تا ویژگی‌های نوری مربوط به مواد را تنظیم کنند. یافته‌های آن‌ها می‌تواند تأثیر بسزایی در کاربردهای مختلف در زمینه اطلاعات پزشکی، زیست‌شناسی و کوانتوم داشته باشد.
این تیم تحقیقاتی نتایج یافته‌های خود را در قالب مقاله‌ای با عنوان «ویژگی‌های نوری قابل تنظیم فیلم‌های نازک کنترل‌شده با زاویه پیچش سطح تماس» در نشریه Nano Letters منتشر کردند.
پروفسور سیلویا گرادکاک از گروه علوم و مهندسی مواد در NUS و محقق اصلی این پروژه می‌گوید: «برخی پدیده‌های فیزیکی جدید مانند ابررسانایی غیرمتعارف، به تازگی با قرار دادن لایه‌های منفرد نازک روی یکدیگر با اندکی پیچش نسبت به هم، به‌دست آمده است که ما آن را ابرشبکه‌های مویر (moiré) می‌نامیم.»
وی می‌افزاید: «روش‌های موجود روی هم چیدن لایه‌های نازک و منفرد فیلم‌ها، بسیار دشوار است، در حالی که روش ما برای فیلم‌های ضخیم نیز قابل استفاده است.»
تحقیقات این گروه می‌تواند برای توسعه فیزیک بنیادی در زمینه توئیست‌ترونیک قابل استفاده باشد، حوزه‌ای که در آن روی تاثیر زاویه بین لایه‌های مواد دو بعدی بر ویژگی‌های الکتریکی مواد مطالعه می‌شود. پروفسور گرادکاک می‌گوید این رشته تاکنون روی چیدن تک لایه‌های منفرد متمرکز شده است که به لایه‌برداری دقیق نیاز دارد و گاهی پیچ خوردن لایه‌ها مشکل‌آفرین است؛ بنابراین، کاربردهای عملی آن بسیار محدود است. کشف این تیم می‌تواند پدیده پیچ و تاب را در فیلم‌های ضخیم نیز اعمال کند، که دستکاری این لایه‌ها را آسان می‌کند.
هائه یون لی از محققان MIT می‌گوید: «آزمایش‌های ما نشان داد که همان پدیده‌هایی که منجر به تشکیل ابر شبکه‌های مویری در سیستم‌های دوبعدی می‌شود را می‌توان برای تنظیم خواص نوری نیترید بور شش ضلعی سه‌بعدی (hBN) حتی در دمای اتاق استفاده کرد. ما دریافتیم که هم شدت و هم رنگ فیلم‌های hBN انباشته و ضخیم را می‌توان به‌طور مداوم با زاویه پیچش نسبی آن‌ها تنظیم کرد و شدت آن را بیش از ۴۰ برابر افزایش داد.»
نتایج این تحقیق راهی جدید برای کنترل ویژگی‌های نوری فیلم‌های نازک فراتر از ساختارهای متداول به ویژه برای کاربردهای پزشکی، محیط‌زیست یا فناوری‌های اطلاعاتی فراهم می‌کند.
