Tager ansvaret for at finde den rigtige balance for avancerede optoelektroniske enheder

2D materialer, bestående af et enkelt lag af atomer, revolutionerer inden for elektronik og optoelektronik. De har unikke optiske egenskaber, som deres omfangsrige modstykker ikke har, anspore til skabelsen af ​​kraftfulde energienheder (f.eks. optiske fibre eller solceller). Interessant nok, forskellige 2-D materialer kan stables sammen i en 'heterojunction'-struktur, at generere lys-induceret elektrisk strøm (eller fotostrøm). For at gøre dette på en optimal måde, det er vigtigt at finde den rette balance mellem de ladede partikler (kaldet elektroner og huller) og den energi, de producerer.

Mens kemisk behandling af materialernes overflade ("kemisk doping") kan hjælpe til en vis grad, denne teknik er ikke særlig effektiv i 2-D materialer. En anden løsning er at kontrollere ladeegenskaberne ved at indstille spændingen på en præcis måde, en teknik kaldet "elektrostatisk doping". Denne teknik, imidlertid, skal undersøges nærmere.

Et team af forskere fra Daegu Gyeongbuk Institut for Videnskab og Teknologi, Korea, ledet af professor Jong-Soo Lee, satte sig for at gøre dette, i en undersøgelse offentliggjort i Advanced Science. For det, de byggede en multifunktionel enhed, kaldet en fototransistor, sammensat af 2-D heterojunctions. Hovedstrategien i deres design var den selektive anvendelse af elektrostatisk doping på et specifikt lag.

Prof Lee forklarer yderligere designet af deres model, "Vi fremstillede en multifunktionel 2-D heterojunction fototransistor med en lateral p-WSe ₂ /n-WS ₂ /n-MoS ₂ struktur til at identificere, hvordan fotostrømme og støj blev skabt i heterojunctions. Ved at kontrollere de elektrostatiske forhold i et af lagene (n-WS ₂ ), vi var i stand til at kontrollere ladningen, der blev ført til de to andre lag." Det faktum, at forskerne kunne kontrollere ladningsbalancen, gjorde det muligt for dem at observere oprindelsen af ​​fotostrømmen såvel som af den uønskede støjstrøm, ved hjælp af et fotostrømkortlægningssystem. De kunne også undersøge afgifterne i forhold til de betingelser, de stiller. Men den mest interessante del var, at når ladningskoncentrationen var optimal, heterojunction strukturen viste hurtigere og højere fotoresponsivitet samt højere fotodetektivitet!

Disse resultater kaster lys over vigtigheden af ​​ladningsbalance i heterojunctions, potentielt baner vejen for avancerede optoelektroniske enheder. Prof Lee konkluderer, "Vores undersøgelse afslører, at selvom ladningstæthederne af de aktive materialer i de lagdelte strukturer ikke er perfekt afstemt, det er stadig muligt at skabe en optoelektronisk enhed med fremragende egenskaber ved at indstille ladningsbalancen gennem gate-spændingen."