Fire elementer gør 2-D optisk platform

Forskere fra Rice University har opdaget en todimensionel legering med en optisk båndgap, der kan indstilles ved den temperatur, der bruges til at dyrke den.

Rice lab af materialeforsker Pulickel Ajayan dyrkede firekomponentlegeringen af ​​overgangsmetaller molybdæn og wolfram med chalcogener svovl og selen i en kemisk dampaflejringsovn. De fandt ændringer i temperaturen foretaget subtile ændringer i måden atomer samledes på og ændrede også de egenskaber, der bestemmer, hvordan de absorberer og udsender lys.

Deres eksperimenter blev bygget på arbejde fra Rice -teoretiske fysikeren Boris Yakobsons laboratorium, som skabte snesevis af modeller til at forudsige, hvordan forskellige kombinationer af de fire elementer skulle fungere.

Processen bør være af interesse for ingeniører, der ønsker at gøre mindre, mere effektive enheder. Fordi båndgabet falder inden for det optiske område af det elektromagnetiske spektrum, forskerne sagde, at solceller og lysemitterende dioder kan være de første modtagere.

Papiret optræder som en omslagshistorie i det aktuelle nummer af Avancerede materialer .

Teamet ledet af medlederforfatter og risforsker Alex Kutana genererede 152 tilfældige modeller af materialet, der viste, at båndgabet kunne indstilles fra 1,62 til 1,84 elektronvolt ved at variere væksttemperaturen fra 650 og 800 grader Celsius (1, 202 til 1, 472 grader Fahrenheit).

Det eksperimentelle team ledet af Sandhya Susarla lavede og testede derefter de termodynamisk stabile materialer i en ovn i trin på 50 grader. Forskere ved Oak Ridge National Laboratory ledet af postdoktorforsker Jordan Hachtel fremstillede mikroskopbilleder, der identificerede og detaljerede placeringen af ​​hvert atom i materialerne.

"Labs har lavet 2-D materialer med to eller tre komponenter, men vi tror ikke, at nogen har prøvet fire, "sagde medforfatter og Rice-postdoktorforsker Chandra Sekhar Tiwary." At have fire komponenter giver os en ekstra grad af frihed. Med færre materialer, hver justering, du foretager for at ændre båndgabet, gør det til et andet materiale. Det er ikke tilfældet her. "

"Det, vi har lavet, burde være meget nyttigt, "tilføjede Susarla, en ris -kandidatstuderende. "Til applikationer som solceller og lysdioder, du har brug for et materiale, der har en bred båndgap. "

Tiwary sagde, at materialet kan indstilles til at dække hele spektret af synligt lys, fra 400- til 700-nanometer bølgelængder. "Det er et enormt område, vi kan dække ved blot at ændre denne sammensætning, "sagde han." Hvis vi vælger sammensætningen korrekt, vi kan ramme den korrekte båndgap eller rette emissionspunkt. "

"Disse materialer er uden tvivl de vigtigste 2-D halvledere på grund af deres fremragende optoelektroniske egenskaber og lave omkostninger, "Sagde Kutana." Vores beregninger med høj kapacitet tillod os at undgå forudgående antagelser om, hvordan legeringsbåndgabet opførte sig. Det overraskende resultat var, hvor regelmæssige ændringer i bandgap var, resulterer i optiske egenskaber, der er både nyttige og forudsigelige. "