Uutiset

Punaisen fosforin hohde yllätti tutkijat

Vain yhden atomikerroksen paksuinen punainen fosfori loisti kokeissa ultrakirkkaana – vastoin tutkijoiden odotuksia.
The researchers utilized the exceptional facilities of Micronova Nanofabrication Cleanroom. Photo: Aalto University / Mikko Raskinen
Tutkimuksessa hyödynnettiin Micronovan huippuluokan puhdastiloja. Kuva: Aalto-yliopisto / Mikko Raskinen

Kun elektronit eristetään hyvin pieniin tiloihin, niissä voi olla epätavanomaista sähköistä, optista ja magneettista toimintaa. Aalto-yliopiston johtaman kansainvälisen ryhmän tutkijat ovat nyt todenneet, että punaisessa fosforissa on merkittäviä optisia reaktioita. Punainen fosfori kuuluu hiljattain vuonna 2017 löydettyyn materiaaliryhmään, jota kutsutaan yksiulotteiseksi van der Waals (1D vdW) -materiaaliksi.

Tähän asti 1D vdW -materiaalien tutkimus on keskittynyt niiden sähköisiin ominaisuuksiin. Nyt tutkimustulokset kuitenkin osoittavat, että punaisessa fosforissa esiintyy myös voimakasta anisotropiaa eli valon taitekertoimen riippumista materiaalin suuntauksesta. Tutkimustulokset on julkaistu Nature Communications -lehdessä 10. elokuuta 2021.

Professori Zhipei Sunin johtama tutkimusryhmä osoitti punaisen fosforin optiset ominaisuudet mittauksissa, joissa näytteisiin heijastettiin laservaloa ja takaisin heijastuneen valon väri ja kirkkaus arvioitiin. Tutkijat huomasivat materiaalin lineaarisen ja epälineaarisen optisen vasteen riippuvan vahvasti kuituisen fosforikristallin suuntauksesta. Lisäksi he havaitsivat materiaalin vahvan fotoluminesenssin.

”Tapa, jolla se reagoi kokeissa, tekee 1D vdW punaisesta fosforista todella jännittävän materiaalin. Lisäksi säteilyn intensiteetti on hämmästyttävä”, Aalto-yliopiston tutkijatohtori Luojun Du sanoo.

Fotoluminenssi on ilmiö, joka esiintyy esimerkiksi heijastavissa kylteissä tai lasten pimeässä hohtavissa leluissa, kun valo säteilee atomin purkautuessa. Tutkimusryhmä vertasi keskenään punaisen fosforin ja vahvasta fotoluminesenssistään tunnetun yksitasoisen molybdeenidisulfidin (MoS2) fotoluminesenssiä. Tutkijat totesivat, että fosforin intensiteetti oli yli 40-kertainen, mikä tekee siitä ultrakirkkaan – vaikkakin vain hetkeksi.

”Vahva fotoluminesenssi yllätti meidät, kun ensisijaisesti odotimme, että se olisi melko heikkoa. Teoreettisten laskelmien mukaan tämän ilmiön ei pitäisi olla näin vahva, joten olemme nyt tekemässä lisää kokeita selvittääksemme jälkihehkun alkulähteen”, Du kertoo.

”Uskon, että yksiulotteiset van der Waals -materiaalit, kuten kuituinen punainen fosfori, ovat lupaavia esimerkiksi tietokoneiden näyttöjen ja muiden materiaalin kanssa, joilla on juuri niitä ominaisuuksia, joita olemme tässä tutkimuksessa nähneet. Sen anisotrooppisen optisen reaktion kirjo vaikuttaa lisäksi olevan hyvin laaja, jos vertaamme sitä tavanomaisten materiaalien reaktioihin”, professori Zhipei Sun sanoo.

Aalto-yliopiston tutkijaryhmän tavoitteena on tutkia tulevaisuudessa uutta elektronien materiaalikokonaisuutta muutenkin kuin sähkönsiirto-ominaisuuksien osalta. Tutkimus tarjoaa vankan pohjan sekä perustutkimukselle että kiehtoville teknisille sovelluksille elektroniikan, fotoniikan ja optoelektroniikan aloilla.

Tutkimus julkaistiin Nature Communications -lehdessä 10.8.2021.
Linkki artikkeliin

Lisätietoa (englanniksi):

Luojun Du
Tutkijatohtori
Aalto-yliopisto
0406817981
[email protected]

Zhipei Sun
Professori
Fotoniikka
Aalto-yliopisto
0504302820
[email protected]

Upper panel: Raman spectra of fibrous red phosphorous. Bottom left panel: photoluminescence of fibrous red phosphorous, compared with monolayer MoS2. Bottom left panel: The comparison of linear dichroism of fibrous red phosphorous with other well-known materials.

Kuvateksti: Ylhäällä: Kuituisen punaisen fostorin ramanspektri. Alhaalla oikealla: Kuituisen punaisen fosforin fotoluminesenssi verrattuna yksitasoiseen MoS2:iin. Alhaalla vasemmalla: Kuituisen punaisen fosforin lineaarisen kaksivärisyyden vertailu muiden tunnettujen materiaalien kanssa.

 

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

PERUS-SKENE-hankkeen logo.
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Alue- ja yhdyskuntarakenteen seuranta vaatii monipuolisia mittareita

PERUS-SKENE-hankkeen toisessa työpajassa käsiteltiin alue- ja yhdyskuntarakenteen kehityksen seurannan tarpeita ja todennäköisiä kehityskulkuja.
3D
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Suomen 3D-tulostuspalkinnon suunnittelukilpailu

Kaikille avoimen kilpailun tavoitteena on suunnitella Suomen 3D-tulostuspalkinto -kilpailun kiertopalkinto.
Kuva puisesta sisäkatosta
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Asuntoja rakennetaan suuriin kaupunkeihin yhä enemmän, mutta hinnat nousevat jatkuvasti – kyseessä ei ole vain negatiivinen ilmiö

Hintojen nousun ymmärtäminen vaatii ennen kaikkea muuttoketjujen ymmärtämistä, kirjoittaa apulaisprofessori Tuukka Saarimaa.
Maastomittauksien tekoa
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Valokuvaaja törmäsi kaukokartoittajiin – syntyi kirja metsästä, näkemisestä ja tieteen tarkoituksesta

Yhden kaunis kaarnapinta on toisen raakaa dataa, sanoo Ground Truth (Maastototuus) -kirjan kuvannut Sheung Yiu.