光在有效地控制二维材料方面很有潜力

近年来，只有几个原子层厚的材料很是令人振奋。这些二维材料具有吸引人的性质，例如，非凡的机械强度和优异的导电和导热性能，且可以使许多下一代的应用受益，包括柔性电子器件，数据存储器件，太阳能电池，发光二极管和化学催化剂。研究人员们也认为他们可以通过使用光脉冲来快速将其从一个状态或相位转换到另一个状态，例如从绝缘状态转换到导通状态，从而定制这些材料的属性。

然而，是否能做到这一点取决于光的能量如何有效地转移到材料的原子核上。现在，由能源部SLAC国家加速器实验室的研究人员们主导的研究小组首次证明，能量转换非常快速且非常高效。

“我们的数据显示，基本上所有的光能在一秒钟内转化为材料原子核的振动，”发表在“Nature Communications”的论文（Ultrafast non-radiative dynamics of atomically thin MoSe2）的通讯作者、SLAC的Ming-Fu Lin说到。“这种高效的能量转换是至关重要的，因为这些核运动可以引发我们所说的物质相变 - 一种改变其性质的变化。”

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激光脉冲对两层二硒化钼的作用的模拟。（图片来源：Hiroyuki Kumazoe / 南加利福尼亚大学（USC））

研究人员研究了由双层二硒化钼制成的样品，这是一种二维材料的模型系统，该模型系统可以从半导体状态切换到金属状态，反之亦然。他们首先用一个非常短的激光脉冲击中样品，然后观察SLAC的超快电子相机（一种探测超快电子衍射（UED）的装置）随着时间的推移能量如何扩散到材料中，所述超快电子相机采用高能电子束探测样品的原子结构和核运动。

“UED是研究这些非常薄的2D材料的有力工具，”本论文的共同作者、SLAC的科学家Xiaozhe Shen说到。“这项技术产生的信号相对较强，空间分辨率高，它很好地补充了X射线激光研究在材料原子结构拍摄方面的不足。”

虽然研究人员们没有看到二硒化钼的相变，但他们的结果帮助他们更好地理解从激光到材料的能量转移。

Lin说：“这是设计我们可以用光控制的二维材料的重要第一步。”“接下来的步骤将是证实是否可以看到其他材料中的光诱导相变，以及是否我们能够制造出我们通过可控的方式（在特定方向上操控相变）改变其性质的材料。

该结果还用于验证由南加利福尼亚大学洛杉矶分校主导的计算机软件材料基因组创新（MAGICS）中心开发的新型软件。参与这项研究的另一个MAGICS合作伙伴是莱斯大学，二维材料在莱斯大学合成制作。

该验证中心的负责人、本研究的主要研究人、SLAC的Uwe Bergmann说：“与希望了解有机体基因组的一切事物的生物基因组计划类似，我们的目标是学习有关材料的所有内容，并开发计算工具，使我们能够准确预测材料特性。”，“MAGICS汇集了开发高级计算机代码的研究人员，他们负责对二维材料进行具有挑战性的合成，并提供测试计算机模型所需的实验数据。在SLAC，我们正在进行UED实验和超快X射线研究，但如果没有该中心的团队的努力，这项工作将是不可能的。

原文链接：https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=48744.php（实验帮译）

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