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美國研究人員首次成功讓自然界中的單原子層礦物二硫化鎢(Tungstenite，化學式WS2)發光。這種具有直接能隙(direct gap)的二維材料展現出不尋常的光致發光特性，或許具有應用在發光元件如LED或雷射上的潛力。
材料一旦由三維變成二維，其電子及機械特性常會產生巨烈改變，因此能應用在一些新穎的元件上。不過，目前最風光的二維材料石墨烯卻缺少直接能隙，因此科學家已經開始尋找其他目標。最近，賓州州立大學(Penn State University)由Mauricio Terrones及Vincent Crespi指導的研究團隊此採用(熱還原硫化(thermal reduction-sulphurization)技術來生長二硫化鎢。他們先沉積不到1 nm高的氧化鎢微晶，然後讓它們通過850°C高溫的硫蒸氣，結果鎢原子與硫原子鍵結形成的二硫化鎢單原子層會排列成三角形。
Terrones表示，他們很驚訝化學氣相沉積法就能製作出原子級厚度的完美三角形，更意外的是這些三角形的邊緣(而非中心)能發光，這種邊緣光致發光效應(peripheral photoluminescence effect)不僅出乎意料而且是前所未見。光致發光是指材料中的電荷載子(電子與電洞)復合而發出與原激發光不同波長的光，而通常材料的結構缺陷會提供載子其他不發光的復合管道，因此不利於發光，此處情況卻完全相反。
二硫化鎢塊材是擁有間接能隙的半導體，其單原子層卻變成具有直接能隙，因此能有效地發光。未來可能應用在光電領域，例如LED等平面光電元件或雷射技術，甚至做為生物標籤或用於投藥。
該團隊目前計畫生長其他光電特性不同的2D材料，例如MoSe2、NbS2及WSe2。他們也希望能更佳了解及控制2D材料的發光行為，並嘗試將上述發光三角形製做成元件。詳見近期的Nano Letters | DOI: 10.1021/nl3026357。
原始網站: http://nano.nchc.org.tw/
譯者:蔡雅芝(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝 |