Uma equipe de pesquisadores liderada pela North Carolina State University descobriu que empilhar materiais com apenas um átomo de espessura pode criar junções semicondutoras que transferem carga de forma eficiente, independentemente de a estrutura cristalina dos materiais ser incompatível - reduzindo o custo de fabricação para uma ampla variedade de dispositivos semicondutores, como células solares, lasers e LEDs.

"Este trabalho demonstra que, ao empilhar vários materiais bidimensionais (2-D) de maneiras aleatórias, podemos criar junções semicondutoras que são tão funcionais quanto aquelas com alinhamento perfeito", diz o Dr. Linyou Cao, autor sênior de um artigo sobre o trabalho e professor assistente de ciência e engenharia de materiais na NC State.

"Isso poderia tornar a fabricação de dispositivos semicondutores uma ordem de magnitude mais barata."

Para a maioria dos dispositivos semicondutores eletrônicos ou fotônicos funcionarem, eles precisam ter uma junção, que é onde dois materiais semicondutores são unidos. Por exemplo, em dispositivos fotônicos como células solares, lasers e LEDs, a junção é onde os fótons são convertidos em elétrons, ou vice-versa.

Todas as junções de semicondutores dependem de transferência eficiente de carga entre os materiais, para garantir que a corrente flua suavemente e que um mínimo de energia seja perdido durante a transferência. Para fazer isso em junções de semicondutores convencionais, as estruturas cristalinas de ambos os materiais precisam ser iguais. Contudo, que limita os materiais que podem ser usados, porque você precisa ter certeza de que as estruturas cristalinas são compatíveis. E esse número limitado de correspondências de materiais restringe a complexidade e a gama de funções possíveis para junções de semicondutores.

"Mas descobrimos que a estrutura cristalina não importa se você usar atomicamente fino, Materiais 2-D, "Diz Cao." Usamos sulfeto de molibdênio e sulfeto de tungstênio para este experimento, mas esta é uma descoberta fundamental que pensamos se aplica a qualquer material semicondutor 2-D. Isso significa que você pode usar qualquer combinação de dois ou mais materiais semicondutores, e você pode empilhá-los aleatoriamente, mas ainda assim obter uma transferência de carga eficiente entre os materiais. "

Atualmente, criar junções de semicondutores significa combinar perfeitamente estruturas cristalinas entre os materiais - o que requer equipamentos caros, métodos de processamento sofisticados e experiência do usuário. Este custo de fabricação é a principal razão pela qual dispositivos semicondutores, como células solares, lasers e LEDs continuam muito caros. Mas empilhar materiais 2-D não exige que as estruturas cristalinas correspondam.

"É tão simples quanto empilhar pedaços de papel uns sobre os outros - nem importa se as bordas do papel se alinham, "Cao diz.

O papel, "Relaxamento de excitação intercalar igualmente eficiente e absorção aprimorada em heteroestruturas epitaxiais e não epitaxiais MoS2 / WS2, "foi publicado como um manuscrito" recém-aceito "em Nano Letras 3 de dezembro.