De toekomst van films en productie kan in 3D zijn, maar elektronica en fotonica gaan 2D; specifiek, tweedimensionale halfgeleidende materialen.

Een van de nieuwste ontwikkelingen op deze gebieden is molybdeendisulfide (MoS2), een tweedimensionale halfgeleider die, terwijl het vaak wordt gebruikt in smeermiddelen en staallegeringen, wordt nog steeds onderzocht in de opto-elektronica.

Onlangs, ingenieurs plaatsten een enkele laag MoS2-moleculen bovenop een fotonische structuur, een optische nanoholte gemaakt van aluminiumoxide en aluminium. (Een nanoholte is een opstelling van spiegels waardoor lichtstralen in gesloten paden kunnen circuleren. Deze holtes helpen ons dingen te bouwen zoals lasers en optische vezels die worden gebruikt voor communicatie.)

De resultaten, beschreven in het artikel "MoS2 monolayers on nanocavities:enhancement in light-matter interaction", gepubliceerd in april door het tijdschrift 2D-materialen , zijn veelbelovend. De MoS2-nanoholte kan de hoeveelheid licht die ultradunne halfgeleidende materialen absorberen, vergroten. Beurtelings, dit zou de industrie kunnen helpen om krachtiger te blijven produceren, efficiënte en flexibele elektronische apparaten.

"De nanoholte die we hebben ontwikkeld, heeft veel potentiële toepassingen, " zegt Qiaoqiang Gan, doctoraat, assistent-professor elektrotechniek aan de universiteit van Buffalo's School of Engineering and Applied Sciences. "Het zou mogelijk kunnen worden gebruikt om efficiëntere en flexibelere zonnepanelen te maken, en snellere fotodetectoren voor videocamera's en andere apparaten. Het kan zelfs worden gebruikt om waterstofbrandstof te produceren door efficiënter water te splitsen."

Een enkele laag MoS2 is voordelig omdat, in tegenstelling tot een ander veelbelovend tweedimensionaal materiaal, grafeen, de bandgap-structuur is vergelijkbaar met halfgeleiders die worden gebruikt in LED's, lasers en zonnecellen.

"Bij experimenten de nanoholte kon bijna 70 procent van de laser absorberen die we erop projecteerden. Het vermogen om licht te absorberen en dat licht om te zetten in beschikbare energie zou de industrie uiteindelijk kunnen helpen om door te gaan met energiezuinigere elektronische apparaten, " zei Haomin Song, een promovendus in het lab van Gan en een co-hoofdonderzoeker op het papier.

De industrie heeft gelijke tred gehouden met de vraag naar kleinere, dunnere en krachtigere opto-elektronische apparaten, gedeeltelijk, door de grootte van de halfgeleiders die in deze apparaten worden gebruikt te verkleinen.

Een probleem voor opto-elektronische apparaten die energie oogsten, echter, is dat deze ultradunne halfgeleiders licht niet zo goed absorberen als conventionele bulkhalfgeleiders. Daarom, er is een intrinsieke afweging tussen het optische absorptievermogen van de ultradunne halfgeleiders en hun dikte.

De nanoholte, hierboven omschreven, is een mogelijke oplossing voor dit probleem.