Om de band gap af te stemmen, een belangrijke parameter bij het regelen van de elektrische geleidbaarheid en optische eigenschappen van halfgeleiders, onderzoekers maken doorgaans legeringen, een proces waarbij twee of meer materialen worden gecombineerd om eigenschappen te bereiken die anders niet zouden worden bereikt door een ongerept materiaal.

Maar het ontwerpen van bandhiaten van conventionele halfgeleiders via legering is vaak een gokspel geweest, omdat wetenschappers geen techniek hebben gehad om direct te "zien" of de atomen van de legering in een specifiek patroon zijn gerangschikt, of willekeurig verspreid.

Nutsvoorzieningen, zoals gerapporteerd in Fysieke beoordelingsbrieven , een onderzoeksteam onder leiding van Alex Zettl en Marvin Cohen - senior faculteitswetenschappers in de Materials Sciences Division van het Lawrence Berkeley National Laboratory van het Department of Energy (Berkeley Lab), en professoren in de natuurkunde aan UC Berkeley - heeft een nieuwe techniek gedemonstreerd die de bandkloof zou kunnen creëren die nodig is om de prestaties van halfgeleiders te verbeteren voor elektronica van de volgende generatie, zoals opto-elektronica, thermo-elektriciteit, en sensoren.

Voor het huidige onderzoek de onderzoekers onderzochten enkellagige en meerlagige monsters van een 2-D overgangsmetaal dichalcogenide (TMD) materiaal gemaakt van de legering rhenium niobium disulfide.

Elektronenmicroscopie-experimenten onthulden meanderende strepen gevormd door metaalatomen van rhenium en niobium in de roosterstructuur van de 2-D TMD-legering.

Een statistische analyse bevestigde wat het onderzoeksteam had vermoed - dat metaalatomen in de 2-D TMD-legering het liefst naast de andere metaalatomen zijn, "wat in schril contrast staat met de willekeurige structuur van andere TMD-legeringen van dezelfde klasse, " zei hoofdauteur Amin Azizi, een postdoctoraal onderzoeker in het Zettl-lab aan de UC Berkeley.

Berekeningen uitgevoerd in Berkeley Lab's National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) door Mehmet Dogan, een postdoctoraal onderzoeker in het Cohen-lab van UC Berkeley, toonde aan dat een dergelijke atomaire ordening de bandafstand van het materiaal kan wijzigen.

Optische spectroscopiemetingen uitgevoerd bij Berkeley Lab's Advanced Light Source onthulden dat de bandgap van de 2-D TMD-legering extra kan worden afgesteld door het aantal lagen in het materiaal aan te passen. Ook, de bandafstand van de monolaaglegering is vergelijkbaar met die van silicium, wat "precies goed" is voor veel elektronische en optische toepassingen, zei Aziz. En de 2D TMD-legering heeft als bijkomend voordeel dat hij flexibel en transparant is.

De onderzoekers zijn vervolgens van plan om de detectie- en opto-elektronische eigenschappen van nieuwe apparaten op basis van de 2-D TMD-legering te onderzoeken.