В исследовании во главе с Окриджской национальной лабораторией Министерства энергетики ученые синтезировали стопку атомарно тонких монослоев двух не соответствовавших решетке полупроводников. Один, селенид галлия, полупроводник «p-типа», богатый ответственный перевозчики, названные «отверстиями». Другой, молибден diselenide, полупроводник «n-типа», богатый электронными перевозчиками обвинения.
Где два полупроводниковых слоя встретились, они сформировали атомарно острую гетероструктуру, названную p-n соединением, которое произвело фотогальванический ответ, отделив пары электронного отверстия, которые были произведены при свете. Достижение создания этой атомарно тонкой солнечной батареи, изданной в Научных Достижениях, показывает обещание синтезирования несогласованных слоев, чтобы позволить новые семьи функциональных двумерных (2D) материалов.
Идея сложить различные материалы друг на друге не новая отдельно. На самом деле это – основание для большинства электронных устройств в использовании сегодня.
Но такая укладка обычно только работает, когда у отдельных материалов есть кристаллические решетки, которые очень похожи, т.е., у них есть хороший «матч решетки». Это – то, где это исследование привносит нечто новое, выращивая высококачественные слои совсем других 2D материалов, расширяя количество материалов, которые могут быть объединены и таким образом создание более широкого диапазона потенциала атомарно тонкие электронные устройства.«Поскольку у этих двух слоев было такое большое несоответствие решетки между ними, это очень неожиданно, который они вырастили бы друг на друге организованным способом», сказал Ксуфэн Ли ORNL, ведущий автор исследования. «Но это работало».
Группа была первой, чтобы показать, что монослои двух различных типов металла chalcogenides – двойных соединений серы, селена или теллура с более электроположительным элементом или радикальный – наличие таких различных констант решетки может растись рядом к форме a отлично выровненный двойной слой укладки. «Это – новый, потенциальный стандартный блок для энергосберегающей оптоэлектроники», сказал Ли.После характеристики их нового стандартного блока двойного слоя исследователи нашли, что два несогласованных слоя самособрались в повторяющийся атомный заказ дальнего действия, который мог непосредственно визуализироваться Муаровыми образцами, которые они показали в электронном микроскопе. «Мы были удивлены, что эти образцы выровняли отлично», сказал Ли.Исследователи в Функциональной Гибридной группе Наноматериалов ORNL, во главе с Дэвидом Джохегэном, провели исследование с партнерами в Университете Вандербилт, Университете Юты и Пекина Вычислительный Центр Научного исследования.
«Эти новые 2D несогласованные слоистые гетероструктуры открывают дверь в новые стандартные блоки для оптикоэлектронных заявлений», сказал ведущий автор Кай Сяо ORNL. «Они могут позволить нам изучать новые свойства физики, которые не могут быть обнаружены с другими 2D гетероструктурами с подобранными решетками. Они предлагают потенциал для широкого спектра физических явлений в пределах от межфазового магнетизма, сверхпроводимости и эффекта бабочки Хофстэдтера».Ли сначала вырастил монослой молибдена diselenide, и затем вырастил слой селенида галлия на вершине.
Эта техника, названная «эпитаксия Ван-дер-Ваальса», названа по имени слабых привлекательных сил, которые скрепляют отличающиеся слои. «С эпитаксией Ван-дер-Ваальса, несмотря на большие несоответствия решетки, Вы можете все еще вырастить другой слой на первом», сказал Ли. Используя просмотр микроскопии электрона передачи, команда характеризовала строение атома материалов и показала формирование Муаровых образцов.
Ученые планируют провести будущие исследования, чтобы исследовать, как материал выравнивает во время процесса роста и как вещественный состав влияет на свойства вне фотогальванического ответа. Предварительные усилия по исследованию включить 2D материалы в устройства.Много лет иерархическое представление различных комплексов с подобными размерами клетки решетки было широко изучено.
Различные элементы были включены в комплексы, чтобы произвести широкий спектр физических свойств, связанных со сверхпроводимостью, магнетизмом и термоэлектрикой. Но иерархическое представление 2D комплексов, имеющих отличающиеся размеры клетки решетки, является фактически неизведанной территорией.
«Мы открыли дверь в исследование всех типов несогласованных гетероструктур», сказал Ли.