După cum se vede la microscopul optic, heterostructurile au o formă triunghiulară. Cei doi semiconductori cu un singur strat pot fi ușor de recunoscut prin culorile lor diferite. Credit: Universitatea din Washington
Cercetătorii au dezvoltat ceea ce ei cred că este cel mai subțire semiconductor posibil, o noua clasă de materiale la scară nanometrică efectuate din foi cu o grosime de doar trei atomi.
Specialiștii de la Universitatea din Washington au demonstrat că două dintre aceste materiale semiconductoare cu un singur strat pot fi conectate fără sudură atomică, fuziune cunoscută drept heterojoncțiune, scrie phys.org.
Acest rezultat ar putea reprezenta baza pentru următoarea generație de materiale flexibile și transparente, care ar putea fi utilizate la LED-uri și tehnologiile solare.
„Heterojoncțiunile sunt elemente fundamentale ale dispozitivelor electronice și fotonice,” a declarat autorul principal al studiului, Xiaodong Xu, profesor asistent de Știința și Ingineria Materialelor din cadrul UW.
„Demonstrația noastră experimentală a acestor intersecții între materiale bidimensionale ar trebui să permită noi tipuri de tranzistoare, LED-uri și celule solare, pentru a fi dezvoltate pentru circuite electronice și optice integrate într-un singur plan atomic.”
Studiul a fost publicat online, în această săptămână, în revista Nature Materials.
Cercetătorii au descoperit că două materiale semiconductoare plate pot fi conectate perfect. Ei au folosit două materiale cu un singur strat (materiale monostrat), care au structuri foarte similare, fapt ce a reprezentat cheia pentru crearea semiconductorului bidimensional.
Colaboratori de la centrul de microscopie electronică de la Universitatea din Warwick, Anglia, au constatat că toți atomii din ambele materiale au format o singură structură de tip fagure, fără distorsiuni sau discontinuități.
Acest lucru oferă cea mai eficientă legătură posibilă între două materiale cu un singur strat, necesare pentru dispozitivele flexibile.
Cercetătorii au creat fuziunea într-un cuptor mic de la Universitatea din Washington. Mai întâi au introdus un amestec de pulberi din cele două materiale într-o cameră încălzită la 900 grade Celsius. Hidrogenul gazos a fost apoi trecut prin cameră, iar atomii evaporați din unul dintre materiale au fost transportați spre o parte mai rece a tubului și depuși sub formă de cristale cu un singur strat, în formă de triunghiuri.
După un timp, atomii de la al doilea material s-au evaporat și s-au atașat la marginile triunghiului pentru a crea o heterojoncțiune fără sudură a unui semiconductor.
„Pentru că materialele au proprietăți diferite, ele se evaporă și separat, în momente diferite, în mod automat. Al doilea material se formează în jurul primului triunghi, unul care s-a format anterior. De aceea, ele sunt atât de frumos conectate,” precizează Sanfeng Wu, student doctorand la UW și unul dintre autorii principali.
Cu un cuptor mai mare, aceste materiale semiconductoare ar putea fi produse la scară largă, spun cercetătorii. La scară mică, este nevoie de aproximativ cinci minute, timp în care cristalele se dezvoltă și apoi cu până la două ore pentru încălzire și răcire.
„Suntem foarte încântați de noile oportunități în știință și inginerie oferite de aceste structuri noi,” precizează David Cobden, profesor de fizică și autorl al studiului.
Cercetătorii au demonstrat deja că joncțiunea interacționează cu lumina mult mai puternic decât restul materialelor cu un singur strat, fapt încurajator pentru aplicații fotonice precum celulele solare.
Roxana Muntean
