ENGINEERINGNET.BE - Wie weleens van dichtbij een foto van een beeldscherm heeft gemaakt, kent het golvende, rimpelende effect dat dan in beeld verschijnt.
Dit ontstaat als twee fijne, regelmatige rasters elkaar overlappen en net niet precies gelijk liggen, zoals het pixelraster van de camerasensor en die van het beeldscherm.
Fotografen kennen dit effect als een moirépatroon en proberen het meestal kwijt te raken. Onderzoekers van UTwente maakten er juist bewust een.
Ze stapelden twee laagjes molybdeendisulfide, een halfgeleiderkristal van drie atomen dik, en draaiden het bovenste laagje twee graden.
Het patroon dat zo ontstaat, verandert hoe het materiaal met licht omgaat en herhaalt zich elke negen nanometer. Tienduizend van die herhalingen passen samen op de breedte van één mensenhaar.
Als licht op een halfgeleider valt, kan de energie ervan worden opgenomen in deeltjesparen die excitonen heten. Die paren bepalen grotendeels hoe het materiaal licht opneemt en uitzendt.
Wetenschappers vermoedden al langer dat een moirépatroon excitonen op vaste plekken kan vastzetten. Dat zou het mogelijk maken om licht te sturen in een programmeerbaar rooster.
Tot nu toe kon niemand dat gedrag rechtstreeks zien. Optische metingen middelen over duizenden herhalingen van het patroon en scherpere microscopiemethoden werkten alleen bij extreem lage temperaturen.
“Met deze nieuwe methode hebben we aangetoond dat dit moirépatroon inderdaad werkt als een nanolandschap dat excitonen naar specifieke plekken leidt en ze daar vangt, bij kamertemperatuur”, zegt onderzoeksleider Pantelis Bampoulis.
Mede-onderzoeker Laurens Westenberg tastte de gestapelde laagjes af met een atomair scherpe naald, terwijl licht met een precies afgestelde kleur ze van onderaf belichtte.
Op elk punt mat de naald het kleine elektrische stroompje dat het licht opwekt. Zo kon het team in kaart brengen waar lichtenergie wordt opgenomen. De kaarten die dat oplevert, laten met nanometerprecisie zien waar elk type exciton zit.
De kaarten lieten ook zien dat diverse soorten excitonen zich verzamelen op verschillende plekken in het patroon. De ene groep zit op de kruispunten van het moiréraster.
Een andere groep nestelt zich in de gebieden ertussen, precies daar waar de eerste groep ontbreekt. Elk exciton blijft gevangen op een plek van circa twee nanometer.
De methode kan een praktisch hulpmiddel zijn voor het ontwerpen van onderdelen die excitonen gebruiken. Een moirépatroon biedt een manier om de energie van licht op gekozen plekken te parkeren, een paar nanometer uit elkaar, simpelweg door de draaihoek aan te passen.
Westenberg: “Dit kan helpen bij het ontwerp van materialen en componenten die de opname van licht en elektra veel nauwkeuriger sturen.”
Partners in dit onderzoek zijn UUtrecht, het Brazilian Center for Research in Physics en het National Institute for Materials Science in Japan.
