science >> Wetenschap >  >> nanotechnologie

Rekken tot in de perfectie van 2D-halfgeleiders

Halfgeleidende films worden bij hoge temperaturen op verschillende substraten gekweekt en vervolgens snel afgekoeld om vervorming te veroorzaken. Dit proces kan worden gebruikt om de elektronische eigenschappen van de films controleerbaar te wijzigen. Als het substraat (blauw) hetzelfde samentrekt als de halfgeleiderfilm, dan wordt het materiaal niet uitgerekt of samengedrukt (dit wordt "geen spanning" genoemd). Wanneer het substraat (groen) meer samentrekt, het 2D-materiaal wordt gecomprimeerd. Wanneer het substraat (rood) minder samentrekt, de halfgeleider wordt uitgerekt. Rekken leidt tot een verandering in de elektronische eigenschappen van de film en verbetert de fotoluminescentie-efficiëntie aanzienlijk, wat belangrijk is voor de ontwikkeling van zeer efficiënte lampen en lasers. Krediet:US Department of Energy

Het comprimeren van een halfgeleider om atomen dichter bij elkaar te brengen of het uitrekken om ze verder uit elkaar te brengen, kan drastisch veranderen hoe elektriciteit stroomt en hoe licht wordt uitgestraald. Wetenschappers hebben een innovatieve manier gevonden om zeer dunne (monolaag en dubbellaagse) films van wolfraamdiselenide samen te persen of uit te rekken door de film op verschillende oppervlakken bij hoge temperaturen te plaatsen. Het onderliggende oppervlak rekte of samengedrukt bij afkoeling. Waarom? Met enkele uitzonderingen, alle materialen zetten uit bij verhitting en krimpen bij afkoeling. Echter, deze verandering gebeurt met verschillende snelheden. Omdat de films in een ander tempo reageren dan het oppervlak, de films rekken of comprimeren bij afkoeling. Opwindend, de elektronische eigenschappen van de uitgerekte films waren dramatisch verschillend.

Het uitrekken van films om de manier waarop ze elektriciteit geleiden te veranderen, kan leiden tot helderdere LED-verlichting, efficiëntere lasers, en hoogwaardige elektronica. Het uitrekken of comprimeren van films zorgt voor gecontroleerde wijziging van elektronische eigenschappen die kunnen worden gebruikt om de onderliggende fysica van de materialen te onderzoeken. De techniek is gebruikt om 2D halfgeleidende films te maken die in verschillende apparaten kunnen worden gebruikt.

De elektronische en optische eigenschappen van materialen zijn direct gerelateerd aan hun atomaire kristalstructuur. Door atomen dichter bij elkaar te brengen (comprimeren) of uit elkaar te bewegen (strekken), men kan de elektronische en optische eigenschappen van materialen drastisch veranderen. Nutsvoorzieningen, onderzoekers in Berkeley, Californië, hebben een nieuwe methode ontwikkeld om gecontroleerd tot 1 procent rek te induceren als gevolg van rekken en 0,2 procent rek als gevolg van compressie in 2-D wolfraamdiselenide (WSe2). In dit onderzoek, de onderzoekers kweekten een halfgeleider bij een hoge temperatuur op verschillende substraten met niet-passende thermische eigenschappen. Bij afkoeling, deze substraten trokken meer of minder samen dan de halfgeleider. Als het substraat meer samentrekt, de 2-D halfgeleiderfilm was in compressie.

Wanneer het substraat minder samentrekt, de kristalstructuur van de 2-D halfgeleiderfilm werd uitgerekt. Het uitrekken van de film produceerde een nieuwe verandering in de elektronische eigenschappen van de film, en het materiaal veranderde van een "indirect" naar een "direct" bandgap-materiaal, wat ertoe leidde dat het gespannen materiaal licht uitstraalde met dezelfde hoeveelheid energie (dat wil zeggen, een verhoogde fotoluminescentie-efficiëntie). Deze nieuwe methode kan worden gebruikt om spanningsgemanipuleerde 2D-halfgeleiders te ontwikkelen en hun elektronische eigenschappen controleerbaar af te stemmen. Dit zal wetenschappers in staat stellen om een ​​beter begrip te krijgen van de onderliggende fysica van het materiaal en om nieuwe materialen te produceren voor de ontwikkeling van zeer efficiënte elektronische apparaten.