Forskere laver atomisk sømløs, tyndest mulige halvlederkryds

Forskere har udviklet, hvad de mener er den tyndest mulige halvleder, en ny klasse af nanoskala materialer fremstillet i ark kun tre atomer tykke.

University of Washington forskere har demonstreret, at to af disse enkeltlags halvledermaterialer kan forbindes på en atomisk sømløs måde kendt som en heterojunction. Dette resultat kunne være grundlaget for næste generations fleksible og gennemsigtige computere, bedre lysemitterende dioder, eller lysdioder, og solteknologi.

"Heterojunctions er grundlæggende elementer i elektroniske og fotoniske enheder, "sagde seniorforfatter Xiaodong Xu, en UW -adjunkt i materialevidenskab og teknik og fysik. "Vores eksperimentelle demonstration af sådanne kryds mellem todimensionelle materialer bør muliggøre nye former for transistorer, Lysdioder, nanolasere, og solceller, der skal udvikles til stærkt integrerede elektroniske og optiske kredsløb inden for et enkelt atomplan. "

Undersøgelsen blev offentliggjort online i denne uge i Naturmaterialer .

Forskerne opdagede, at to flade halvledermaterialer kan forbindes kant-til-kant med krystallinsk perfektion. De arbejdede med to enkeltlag, eller enkeltlag, materialer - molybdæn diselenid og wolfram diselenid - der har meget lignende strukturer, som var nøglen til at skabe den sammensatte todimensionale halvleder.

Samarbejdspartnere fra elektronmikroskopi -centret ved University of Warwick i England fandt ud af, at alle atomerne i begge materialer dannede en enkelt bikage gitterstruktur, uden forvrængninger eller diskontinuiteter. Dette giver den stærkest mulige forbindelse mellem to enkeltlagsmaterialer, nødvendig for fleksible enheder. Inden for samme familie af materialer er det muligt, at forskere kunne binde andre par sammen på samme måde.

Forskerne skabte krydsene i en lille ovn ved UW. Først, de indsatte en pulverblanding af de to materialer i et kammer opvarmet til 900 grader Celsius (1, 652 F). Hydrogengas blev derefter ført gennem kammeret, og de fordampede atomer fra et af materialerne blev ført mod et køligere område af røret og aflejret som et-lags krystaller i form af trekanter.

Efter et stykke tid, fordampede atomer fra det andet materiale, der derefter blev fastgjort til kanterne af trekanten for at skabe en sømløs halvledende heterojunction.

"Dette er en skalerbar teknik, "sagde Sanfeng Wu, en UW -doktorand i fysik og en af ​​hovedforfatterne. "Fordi materialerne har forskellige egenskaber, de fordamper og adskilles på forskellige tidspunkter automatisk. Det andet materiale dannes omkring den første trekant, der lige tidligere blev dannet. Derfor er disse gitter så smukt forbundet. "

Med en større ovn, det ville være muligt at masseproducere plader af disse halvleder heterostrukturer, sagde forskerne. I lille skala, det tager cirka fem minutter at dyrke krystallerne, med op til to timers varme- og køletid.

"Vi er meget begejstrede for de nye videnskabelige og tekniske muligheder, som disse nye strukturer giver, "sagde seniorforfatter David Cobden, en UW -professor i fysik. "I fremtiden, kombinationer af todimensionelle materialer kan integreres sammen på denne måde for at danne alle slags interessante elektroniske strukturer, såsom kvanteboringer og kvantetråde i planet, supergitter, fuldt fungerende transistorer, og endda komplette elektroniske kredsløb. "

Forskerne har allerede demonstreret, at krydset interagerer med lys meget stærkere end resten af ​​monolaget, hvilket er opmuntrende til optoelektriske og fotoniske applikationer som solceller.