Nyt foreslået multifunktionelt nanomateriale kunne forbedre solenergi, kvanteberegning

En atypisk todimensionel sandwich har den velsmagende del på ydersiden for forskere og ingeniører, der udvikler multifunktionelle nanoenheder.

Et atom-tyndt lag af halvlederantimon parret med ferroelektrisk indiumselenid ville vise unikke egenskaber afhængigt af siden og polarisering af et eksternt elektrisk felt.

Feltet kunne bruges til at stabilisere indiumselenids polarisering, en længe søgt egenskab, der har tendens til at blive ødelagt af interne felter i materialer som perovskiter, men som ville være yderst nyttig til solenergianvendelser.

Beregninger af rismateriale-teoretiker Boris Yakobson, hovedforfatter og forsker Jun-Jie Zhang og kandidatstuderende Dongyang Zhu viser, at skift af materialets polarisering med et eksternt elektrisk felt gør det enten til en simpel isolator med et båndgab, der er egnet til absorption af synligt lys, eller en topologisk isolator, et materiale, der kun leder elektroner langs sin overflade.

At dreje feltet indad ville gøre materialet godt til solpaneler. At dreje det udad kan gøre det nyttigt som en spintronisk enhed til kvanteberegning.

Laboratoriets undersøgelse vises i tidsskriftet American Chemical Society Nano bogstaver .

"Evnen til at skifte efter forgodtbefindende materialets elektroniske båndstruktur er en meget attraktiv knap, " sagde Yakobson. "Den stærke kobling mellem ferroelektrisk tilstand og topologisk orden kan hjælpe:den påførte spænding skifter topologien gennem den ferroelektriske polarisation, der fungerer som mellemmand. Dette giver et nyt paradigme for enhedskonstruktion og kontrol."

Svagt bundet af van der Waals-styrken, lagene ændrer deres fysiske konfiguration, når de udsættes for et elektrisk felt. Det ændrer forbindelsens båndgab, og ændringen er ikke triviel, sagde Zhang.

"De centrale selenatomer skifter sammen med skiftende ferroelektrisk polarisering, " sagde han. "Denne form for skift i indiumselenid er blevet observeret i de seneste eksperimenter."

I modsætning til andre strukturer, der er foreslået og i sidste ende lavet af eksperimentel - bor buckyballs er et godt eksempel - kan skiftematerialet være relativt nemt at lave, ifølge forskerne.

"I modsætning til typiske faste stoffer, let eksfoliering af van der Waals-krystaller langs det lave overfladeenergiplan muliggør realistisk, at de genmonteres i heterobillag, åbner nye muligheder som den, vi opdagede her, " sagde Zhang.