p O Centro de Física Nanoestruturada Integrada, dentro do Institute for Basic Science (IBS) desenvolveu o fotodetector mais fino do mundo, esse é um dispositivo que converte luz em corrente elétrica. Com uma espessura de apenas 1,3 nanômetro - 10 vezes menor que os atuais diodos de silício padrão - este dispositivo poderia ser usado na Internet das Coisas, dispositivos inteligentes, eletrônicos vestíveis e fotoeletrônicos. Esta tecnologia 2D, publicado em Nature Communications , usa dissulfeto de molibdênio (MoS2) imprensado em grafeno. p O grafeno é um material fantástico:é condutor, fino (apenas um átomo de espessura), transparente e flexível. Contudo, uma vez que não se comporta como um semicondutor, sua aplicação na indústria eletrônica é limitada. Portanto, a fim de aumentar a usabilidade do grafeno, Os cientistas do IBS imprensaram uma camada do semicondutor 2D MoS2 entre duas folhas de grafeno e a colocaram sobre uma base de silício. Eles inicialmente pensaram que o dispositivo resultante era muito fino para gerar uma corrente elétrica, mas, inesperadamente, ele fez. "Um dispositivo com uma camada de MoS2 é muito fino para gerar uma junção p-n convencional, onde cargas positivas (p) e negativas (n) são separadas e podem criar um campo elétrico interno. Contudo, quando iluminamos isso, observamos alta fotocorrente. Foi surpreendente! Uma vez que não pode ser uma junção p-n clássica, pensamos em investigá-lo mais a fundo, "explica YU Woo Jong, primeiro autor deste estudo.

p Para entender o que eles encontraram, os pesquisadores compararam dispositivos com uma e sete camadas de MoS2 e testaram o quão bem eles se comportam como fotodetectores, isso é, como eles são capazes de converter luz em corrente elétrica. Eles descobriram que o dispositivo com uma camada MoS2 absorve menos luz do que o dispositivo com sete camadas, mas tem maior fotorresposta. "Normalmente, a fotocorrente é proporcional à fotoabsorbância, isso é, se o dispositivo absorver mais luz, deve gerar mais eletricidade, mas neste caso, mesmo se o dispositivo MoS2 de uma camada tiver absorvância menor do que o MoS2 de sete camadas, produz sete vezes mais fotocorrente, "descreve Yu.

p A monocamada é mais fina e, portanto, mais sensível ao ambiente circundante:A camada inferior de SiO2 aumenta a barreira de energia, enquanto o ar em cima o reduz, assim, os elétrons no dispositivo de monocamada têm uma probabilidade maior de tunelar da camada MoS2 para o grafeno superior (GrT). A barreira de energia na junção GrT / MoS2 é menor do que a do GrB / MoS2, assim, os elétrons excitados se transferem preferencialmente para a camada GrT e criam uma corrente elétrica. Por outro lado, no dispositivo MoS2 multicamadas, as barreiras de energia entre GrT / MoS2 e GrB / MoS2 são simétricas, portanto, os elétrons têm a mesma probabilidade de ir para um dos lados e, assim, reduzir a corrente gerada.

p Imagine um grupo de pessoas em um vale cercado por duas montanhas. O grupo quer chegar ao outro lado das montanhas, mas sem fazer muito esforço. Em um caso (o dispositivo MoS2 de sete camadas), ambas as montanhas têm a mesma altura, seja qual for a montanha que for cruzada, o esforço será o mesmo. Portanto, metade do grupo atravessa uma montanha e a outra metade, a segunda montanha.

p No segundo caso (análogo ao dispositivo MoS2 de uma camada), uma montanha é mais alta que a outra, então a maioria do grupo decide cruzar a montanha menor. Contudo, porque estamos considerando a física quântica em vez do eletromagnetismo clássico, eles não precisam escalar a montanha até chegarem ao topo (como precisariam fazer com a física clássica), mas eles podem passar por um túnel. Embora o tunelamento de elétrons e a caminhada em um túnel em uma montanha sejam muito diferentes, é claro, a ideia é que a corrente elétrica é gerada pelo fluxo de elétrons, e o dispositivo mais fino pode gerar mais corrente porque mais elétrons fluem na mesma direção.

p Na realidade, quando a luz é absorvida pelo dispositivo e os elétrons MoS2 saltam para um estado excitado, eles deixam os chamados buracos para trás. Os buracos se comportam como cargas móveis positivas e são essencialmente posições deixadas vazias por elétrons que absorveram energia suficiente para saltar para um status de energia superior. Outro problema do dispositivo mais espesso é que os elétrons e buracos se movem muito lentamente através das junções entre o grafeno e o MoS2, levando à sua indesejável recombinação dentro da camada MoS2.

p Por estas razões, até 65% dos fótons absorvidos pelo dispositivo mais fino são usados ​​para gerar uma corrente. Em vez de, a mesma medição (eficiência quântica) é de apenas 7% para o aparelho MoS2 de sete camadas.

p "Este dispositivo é transparente, flexível e requer menos energia do que os atuais semicondutores de silício 3D. Se pesquisas futuras forem bem-sucedidas, vai acelerar o desenvolvimento de dispositivos fotoelétricos 2D, "explica o professor.