Een team van MIT-onderzoekers heeft een nieuw materiaal gebruikt dat slechts een paar atomen dik is om apparaten te maken die licht kunnen benutten of uitstralen. Deze proof-of-concept kan leiden tot ultradunne, lichtgewicht, en flexibele fotovoltaïsche cellen, lichtemitterende diodes (LED's), en andere opto-elektronische apparaten, ze zeggen.

Hun rapport is een van de drie artikelen van verschillende groepen die vergelijkbare resultaten met dit materiaal beschrijven, gepubliceerd in het nummer van 9 maart van Natuur Nanotechnologie . Het MIT-onderzoek is uitgevoerd door Pablo Jarillo-Herrero, de Mitsui Career Development Associate Professor of Physics, afgestudeerde studenten Britton Baugher en Yafang Yang, en postdoc Hugh Churchill.

Het materiaal dat ze gebruikten, wolfraamdiselenide (WSe2) genoemd, maakt deel uit van een klasse materialen met een dikte van één molecuul die wordt onderzocht voor mogelijk gebruik in nieuwe opto-elektronische apparaten - apparaten die de interacties van licht en elektriciteit kunnen manipuleren. Bij deze experimenten konden de MIT-onderzoekers het materiaal gebruiken om diodes te produceren, de basisbouwsteen van moderne elektronica.

Typisch, diodes (waardoor elektronen maar in één richting kunnen stromen) worden gemaakt door "doping, " wat een proces is waarbij andere atomen in de kristalstructuur van een gastheermateriaal worden geïnjecteerd. Door verschillende materialen te gebruiken voor dit onomkeerbare proces, het is mogelijk om een ​​van de twee basissoorten halfgeleidende materialen te maken, p-type of n-type.

Maar met het nieuwe materiaal ofwel p-type of n-type functies kunnen worden verkregen door de verdwijnende dunne film zeer dicht bij een aangrenzende metalen elektrode te brengen, en het afstemmen van de spanning in deze elektrode van positief naar negatief. Dat betekent dat het materiaal gemakkelijk en direct kan worden omgeschakeld van het ene type naar het andere, wat zelden het geval is bij conventionele halfgeleiders.

In hun experimenten, het MIT-team produceerde een apparaat met een vel WSe2-materiaal dat elektrisch was gedoteerd, half n-type en half p-type, het creëren van een werkende diode die eigenschappen heeft "zeer dicht bij het ideaal, ' zegt Jarillo-Herrero.

Door diodes te maken, het is mogelijk om alle drie de basisopto-elektronische apparaten te produceren:fotodetectoren, fotovoltaïsche cellen, en LED's; het MIT-team heeft ze alle drie aangetoond, zegt Jarillo-Herrero. Hoewel dit proof-of-concept-apparaten zijn, en niet ontworpen om op te schalen, de succesvolle demonstratie zou de weg kunnen wijzen naar een breed scala aan mogelijke toepassingen, hij zegt.

"Het is bekend hoe je materialen met een zeer groot oppervlak kunt maken" van dit type, zegt Churchill. Hoewel er nog meer werk nodig zal zijn, hij zegt, "er is geen reden waarom je het niet op industriële schaal zou kunnen doen."

In principe, Jarillo-Herrero zegt, omdat dit materiaal kan worden ontworpen om verschillende waarden te produceren van een sleuteleigenschap genaamd bandgap, het moet mogelijk zijn om LED's te maken die elke kleur kunnen produceren, iets wat moeilijk te doen is met conventionele materialen. En omdat het materiaal zo dun is, transparant, en lichtgewicht, apparaten zoals zonnecellen of displays kunnen mogelijk worden ingebouwd in ramen van gebouwen of voertuigen, of zelfs verwerkt in kleding, hij zegt.

Hoewel selenium niet zo overvloedig is als silicium of andere veelbelovende materialen voor elektronica, de dunheid van deze platen is een groot voordeel, Churchill wijst erop:"Het is duizenden of tienduizenden keren dunner" dan conventionele diodematerialen, "zodat je duizenden keren minder materiaal zou gebruiken" om apparaten van een bepaalde grootte te maken.

Naast de diodes die het team heeft geproduceerd, het team heeft dezelfde methoden ook gebruikt om p-type en n-type transistors en andere elektronische componenten te maken, zegt Jarillo-Herrero. Dergelijke transistors kunnen een aanzienlijk voordeel hebben in snelheid en stroomverbruik omdat ze zo dun zijn, hij zegt.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.