Forskere laver nyt elektronisk materiale

(Phys.org) – Forskere fra SLAC, Stanford og Berkeley Lab dyrkede ark af et eksotisk materiale i et enkelt atomlag og målte dets elektroniske struktur for første gang. De opdagede, at det er en naturlig pasform til at lave tynd, fleksibel lysbaseret elektronik.

I en undersøgelse offentliggjort 22. december i Natur nanoteknologi , forskerne giver en opskrift på at lave de tyndest mulige plader af materialet, kaldet molybdændiselenid eller MoSe ₂ , på en præcis kontrolleret måde, ved hjælp af en teknik, der er almindelig inden for elektronikfremstilling.

"Vi fandt den rigtige opskrift, og vi leverer det i avisen, så folk kan udvikle det mere til industrielle formål, " sagde Sung-Kwan Mo, en stråleforsker ved Lawrence Berkeley National Laboratory's Advanced Light Source (ALS), hvor materialet er lavet.

"Baseret på tests ved ALS og Stanford, nu kan vi sige MoSe ₂ har mulige anvendelser i fotoelektroniske enheder, lysdetektorer og solceller, " sagde Yi Zhang, en postdoc-forsker, der designede og byggede det udstyr, der blev brugt til at lave de tynde plader, og rapportens første forfatter. Materialet har også potentiale for nye typer elektronik, der stadig er i fremtiden, han sagde. Zhang er tilknyttet Berkeley Lab og Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, som drives i fællesskab med SLAC National Accelerator Laboratory.

Enkelte atomark af MoSe ₂ har skabt stor videnskabelig interesse på det seneste, fordi de tilhører en lille klasse af materialer, der absorberer lys og glød med stor effektivitet.

Men indtil nu, ingen havde været i stand til at lave ekstremt tynde lag af MoSe ₂ i betydelige mængder og direkte observere udviklingen af ​​deres elektroniske struktur. Dette er vigtigt, fordi et materiales elektroniske adfærd kan ændre sig fundamentalt, og på nyttige måder, når dets elektroner er begrænset til sådanne tynde lag.

For at lave arkene, forskere opvarmede molybdæn og selen i et vakuumkammer ved ALS, indtil de fordampede. De to elementer kombinerede og blev aflejret som en tynd, film af høj kvalitet. Ved at justere processen, kendt som molekylær stråleepitaksi, forskerne var i stand til at dyrke film, der var et til otte atomlag tykke.

Holdet undersøgte filmens elektroniske struktur med ALS' kraftige røntgenstråle, og senere med udstyr hos Stanford. De fandt det første direkte eksperimentelle bevis på, at materialet brat ændrer elektronisk struktur, bliver en meget mere effektiv absorber og udsender af synligt lys, når de er lavet i plader, der er atomært tynde.

Holdet opdagede også, at elektroner med forskellige spin - beskrevet som enten "op" eller "ned" - bevæger sig langs forskellige veje og i modsatte retninger gennem den sekskantede struktur af enkeltlags MoSe ₂ . Dette kunne vise sig nyttigt i "spintronics, "en næste generations teknologi, der ville bruge elektronernes spins, snarere end deres ansvar, at transportere og opbevare information, sagde Yongtao Cui, en postdoc-forsker fra Stanford, som var med til at teste filmen.

MoSe2s nye struktur kan også egne sig til et endnu nyere koncept kaldet "valleytronics, " hvor både spin og ladning bruges til at transportere og gemme information. Denne idé dukkede op i 2002; ligesom spintronics, det bliver ivrigt udforsket som en potentiel måde at fortsætte trenden mod mindre, hurtigere, billigere elektroniske enheder.

"Dette felt er stadig i den indledende udviklingsfase, " sagde Cui. "Folk har disse applikationer i tankerne, men efterhånden som forskningen går, kan de opdage nye aspekter af disse materialer, og muligvis nye applikationer."