p Quando semicondutores atomicamente finos são combinados em um estilo Lego, eles emitem luz em uma tensão mais baixa, potencialmente levando a dispositivos de baixo consumo de energia. p Embora esta pesquisa esteja em seu estado fundamental, ela se mostra promissora para aplicações práticas em optoeletrônica e telecomunicações.

p A voltagem de um LED é geralmente igual ou maior do que a energia do bandgap por carga de elétron. Uma equipe de pesquisadores baseada na Universidade de Manchester, Universidade de Varsóvia, o High Magnetic Field Laboratory em Grenoble e o National Institute for Materials Science no Japão foram capazes de demonstrar LEDs que ligam em tensões muito mais baixas.

p A ideia de empilhar camadas de diferentes materiais para fazer as chamadas heteroestruturas remonta à década de 1960, quando o arsenieto de gálio semicondutor foi pesquisado para fazer lasers em miniatura - que agora são amplamente usados.

p Hoje, heteroestruturas são comuns e amplamente utilizadas na indústria de semicondutores como uma ferramenta para projetar e controlar propriedades eletrônicas e ópticas em dispositivos.

p Mais recentemente, na era dos cristais bidimensionais (2-D) atomicamente finos, como o grafeno, novos tipos de heteroestruturas surgiram, onde camadas atomicamente finas são mantidas juntas por forças de van der Waals relativamente fracas.

p As novas estruturas apelidadas de 'heteroestruturas de van der Waals' abrem um enorme potencial para criar vários materiais de design e dispositivos inovadores ao empilhar qualquer número de camadas atomicamente finas. Centenas de combinações tornam-se possíveis de outra forma inacessíveis em materiais tridimensionais tradicionais, potencialmente dando acesso a novas funcionalidades inexploradas de dispositivos optoeletrônicos ou propriedades incomuns de materiais.

p Existem muitos experimentos feitos por vários grupos de pesquisa em todo o mundo, que se concentram nas propriedades de emissão de luz de dichalcogenetos de metais de transição. Contudo, frequentemente, esses estudos são feitos puramente por meios ópticos. Para aplicações práticas, a emissão de luz disparada eletricamente é mais desejável.

p "É fascinante como a adição de apenas um material atomicamente fino pode alterar as propriedades de um dispositivo de forma tão dramática. Este é o poder das heteroestruturas de van der Waals em ação, "diz o Dr. Aleksey Kozikov, Instituto Nacional de Grafeno.

p Conforme publicado em Nature Communications , a equipe liderada pelo Dr. Aleksey Kozikov, O Professor Kostya Novoselov e o Prof. Marek Potemski conseguiram fazer isso usando eletricidade. Eles ligam elétrons e buracos em diferentes dichalcogenetos de metais de transição, os chamados excitons intercamadas. Os pesquisadores criaram condições experimentais quando esses excitons se recombinam de forma não radiativa, Efeito Auger. A energia liberada é transferida para outros portadores que podem então se mover para estados de energia mais elevados. Como resultado, portadores de carga cuja energia era originalmente muito baixa para superar o bandgap do material agora podem facilmente cruzar esta barreira potencial, recombinar e emitir luz. Este efeito é chamado de conversão ascendente.

p Eletrodos de grafeno são usados ​​para injetar eletricamente portadores de carga através de nitreto de boro hexagonal empilhados em uma heteroestrutura em dissulfeto de molibdênio (MoS ₂ ) e disseleneto de tungstênio (WSe ₂ ) Alterar a distância entre esses dichalcogenetos de metais de transição adicionando nitreto de boro no meio permite ajustar os LEDs de uma operação normal para uma operação de baixa tensão e observar o efeito da conversão ascendente.

p Do ponto de vista fundamental, os efeitos observados marcam um passo importante para a realização da condensação de excitons e superfluidez das heteroestruturas de van der Waals.

p Dr. Johannes Binder, o primeiro autor do artigo, da Universidade de Varsóvia disse:"Quando começamos a medir o primeiro MoS ₂ / WSe ₂ dispositivos, ficamos realmente surpresos ao observar a emissão em tensões aplicadas tão baixas. Esta emissão convertida mostra de forma impressionante a importância dos processos Auger para excitons intercamadas em heteroestruturas de van der Waals. Nossas descobertas lançam mais luz sobre a física no regime de alta densidade de portadores amplamente inexplorado, que é crucial para aplicações optoeletrônicas, bem como para fenômenos fundamentais como a condensação de exciton entre camadas. "

p O Dr. Aleksey Kozikov acrescentou:"É fascinante como a adição de apenas um material atomicamente fino pode alterar as propriedades de um dispositivo de forma tão dramática. Este é o poder das heteroestruturas de van der Waals em ação."