2D materialen, bestaande uit een enkele laag atomen, brengen een revolutie teweeg op het gebied van elektronica en opto-elektronica. Ze bezitten unieke optische eigenschappen die hun omvangrijke tegenhangers niet hebben, aanzetten tot het creëren van krachtige energieapparaten (bijvoorbeeld optische vezels of zonnecellen). interessant, verschillende 2D-materialen kunnen op elkaar worden gestapeld in een 'heterojunctie'-structuur, om door licht geïnduceerde elektrische stroom (of fotostroom) te genereren. Om dit optimaal te doen, het is belangrijk om de juiste balans te vinden tussen de geladen deeltjes (elektronen en gaten genoemd) en de energie die ze produceren.

Hoewel het chemisch behandelen van het oppervlak van de materialen ("chemische doping") tot op zekere hoogte kan helpen, deze techniek is niet erg efficiënt in 2D-materialen. Een andere oplossing is om de laadeigenschappen te regelen door de spanning nauwkeurig af te stemmen, een techniek die 'elektrostatische doping' wordt genoemd. Deze techniek, echter, moet nog verder worden uitgezocht.

Een team van onderzoekers van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology, Korea, onder leiding van professor Jong-Soo Lee, om dit te doen, in een studie gepubliceerd in Advanced Science. Voor deze, ze bouwden een multifunctioneel apparaat, een fototransistor genoemd, samengesteld uit 2D heterojuncties. De belangrijkste strategie in hun ontwerp was de selectieve toepassing van elektrostatische doping op een specifieke laag.

Prof Lee legt het ontwerp van hun model verder uit, "We hebben een multifunctionele 2-D heterojunctie-fototransistor gefabriceerd met een laterale p-WSe ₂ /n-WS ₂ /n-MoS ₂ structuur om te identificeren hoe fotostromen en ruis werden gecreëerd in heterojuncties. Door de elektrostatische omstandigheden in een van de lagen te regelen (n-WS ₂ ), we waren in staat om de lading te controleren die naar de andere twee lagen werd gevoerd." Het feit dat de onderzoekers de ladingsbalans konden controleren, stelde hen in staat om zowel de oorsprong van de fotostroom als van de ongewenste ruisstroom te observeren, met behulp van een fotostroom-mappingsysteem. Ook konden zij de heffingen bestuderen in relatie tot de voorwaarden die zij stellen. Maar het meest interessante was dat wanneer de ladingsconcentratie optimaal was, de heterojunctiestructuur vertoonde een snellere en hogere fotoresponsiviteit en een hogere fotodetectie!

Deze bevindingen werpen licht op het belang van ladingsbalans in heterojuncties, mogelijk de weg vrijmaken voor geavanceerde opto-elektronische apparaten. Prof Lee concludeert, "Onze studie onthult dat zelfs als de ladingsdichtheden van de actieve materialen van de gelaagde structuren niet perfect op elkaar zijn afgestemd, het is nog steeds mogelijk om een ​​opto-elektronisch apparaat te maken met uitstekende eigenschappen door de ladingsbalans af te stemmen via de poortspanning."