Как показывают последние работы ученых из США оптические и плазмонные свойства двумерных слоистых наноматериалов могут быть настроены с помощью хорошо изученных интеркаляционных методов. Интеркалирование представляет собой обратимый процесс и подразумевает вставку отельных атомов, ионов или молекул в пространство между кристаллическими слоями. Как отмечают ученые, интеркалирование при помощи определенных молекул по их выбору позволяет превратить двумерные наноструктуры в функциональные наноматериалы с настраиваемыми свойствами.

В первой работе они сосредоточили свое внимание на настройке оптических и плазмонных свойств металлических дихалькогенидов, таких как нанопластины селенида висмута (Bi₂Se₃) и родственных ему соединений. Как считает научная группа,

такие интеркалированные двумерные нанопластины могут в будущем найти применение в оптоэлектронике.

Объектом исследований группы ученых из Stanford University (США) стали слоистые кристаллические материалы, каждый слой которых состоит из пяти атомных плоскостей селенида и висмута (Se-Bi-Se-Bi-Se), крепко соединенных вместе.

Каждый такой слой имеет толщину порядка 1 нм, при этом отдельные слои свободно укладываются друг на друга, формируя объемные кристаллы дихалькогенида.

Целью ученых было изучение свойств этих кристаллов, а именно, коллективных колебаний электронов (плазмонов) и их взаимодействия с фотонами в пределах рабочего материала.

Как считает научная группа, описанные двумерные структуры идеально подходят для химического интеркалирования, поскольку существует возможность вставлять различные молекулы, атомы и ионы в зазоры между кристаллическими слоями.

Их эксперименты доказали, что

такой подход позволяет управлять оптическими и плазмонными свойствами кристалла в широком диапазоне (благодаря тому, что можно изменять количество и тип используемых интеркаляторов).

Как отмечают ученые,

существуют и другие способы корректировки свойств отдельных нанослоев.

Во-первых, они могут контролировать толщину пластин.

Во-вторых, они могут изменять атомный состав нанопластин, к примеру, постепенно заменяя атомы селенида на атомы теллурида. Это обеспечивает их необходимым инструментарием по созданию материалов в требуемыми параметрами.

Хотя фотоны и плазмоны не распространяются на большие расстояния в упомянутых дихалькогенидах, существует множество практических приложений, где такое распространение плазмонных волн и не требуется. К примеру, в оптических наноантеннах, идеальных поглотителях и сверхкомпактных модуляторах.

Таким образом, модифицированные при помощи интеркалирования двумерные наноструктуры могут идеально подойти в качестве новых оптических компонент в различных электронных устройствах.

Еще одним возможным приложением разработки являются прозрачные электроды, где интеркаляция может использоваться для повышения оптической прозрачности дихалькогенидов (при одновременном повышении их электропроводности).

Более подробные результаты работы опубликованы в журнале Nano Letters.