Nye atom-flade forbindelser viser løfte for optoelektronik, avanceret databehandling

Et laboratorium på Rice University ønsker, at deres produkter skal se skarpe ud, selv på nanoskalaen. Dens seneste kreation er lige i mål.

Materialeforskeren Pulickel Ajayan i Rislaboratoriet har skabt unikke todimensionelle flager med to forskellige personligheder:molybdændiselenid på den ene side af en skarp skel med rheniumdiselenid på den anden.

Fra alle optrædener, det to-tonede materiale kan lide det på den måde, vokser naturligt - dog under trange forhold - i en kemisk dampudfældningsovn.

Materialet er en 2-D overgangsmetal dichalcogenid heterostruktur, en krystal med mere end én kemisk komponent. Det er ikke usædvanligt i sig selv, men den skarpe zigzag-grænse mellem grundstoffer i materialet rapporteret i tidsskriftet American Chemical Society Nano bogstaver er unik.

Dichalcogenider er halvledere, der inkorporerer overgangsmetaller og chalcogener. De er en lovende komponent til optoelektroniske applikationer som solceller, fotodetektorer og sensorenheder. Hovedforfatter Amey Apte, en ris kandidatstuderende, sagde, at de også kan være egnede materialer til kvantedatabehandling eller neuromorfisk databehandling, som efterligner den menneskelige hjernes struktur.

Apte sagde velkendt, atomisk flade molybdæn-wolfram dichalcogenid heterostrukturer kan være mere legeringslignende, med diffuse grænser mellem deres krystaldomæner. Imidlertid, det nye materiale - teknisk set, 2H MoSe ₂ -1T' ReSe ₂ -har atomisk skarpe grænseflader, der giver det et mindre elektronisk båndgab end andre dicalcogenider.

"I stedet for at have ét unikt båndgab baseret på sammensætningen af ​​en legering, vi kan tune båndgabet i dette materiale på en meget kontrollerbar måde, " sagde Apte. "Den stærke ulighed mellem to tilstødende atomisk tynde domæner åbner nye veje." Han sagde, at spændingsområdet sandsynligvis spænder fra 1,5 til 2,5 elektronvolt.

At dyrke materialerne pålideligt involverede oprettelsen af ​​et fasediagram, der redegjorde for, hvordan hver parameter - balancen af ​​kemisk gasprecursor, temperaturen og tiden - påvirker processen. Rice-studerende og medforfatter Sandhya Susarla sagde, at diagrammet fungerer som en køreplan for producenter.

"Det største problem i disse 2D-materialer har været, at de ikke er særlig reproducerbare, " sagde hun. "De er meget følsomme over for mange parametre, fordi processen er kinetisk styret.

"Men vores proces er skalerbar, fordi den er termodynamisk styret, "Susarla sagde. "Producenter har ikke mange parametre at se på. De skal bare se på fasediagrammet, kontrollere sammensætningen, og de vil få produktet hver gang."

Forskerne mener, at de kan få yderligere kontrol over materialets form ved at skræddersy substratet til epitaksial vækst. At få atomerne til at falde på plads i overensstemmelse med overfladens eget atomarrangement ville give mulighed for langt mere tilpasning.