Heteroestruturas de van der Waals à base de fósforo preto para aplicações de emissão de luz no infravermelho médio
p uma, Diagrama esquemático da heteroestrutura BP-WSe2. Sob a excitação da luz, os pares de elétrons e lacunas em WSe2 podem ser transmitidos de forma eficiente para BP, aumentando assim sua fotoluminescência MIR. b, Diagrama esquemático do diodo de heterojunção BP-MoS2. Sob uma tensão de polarização positiva entre BP e MoS2, os elétrons na banda de condução de MoS2 podem superar a barreira, entrar na banda de condução do BP, e recombinar com orifícios abundantes no BP. Assim, a eletroluminescência é alcançada. Crédito:Xinrong Zong, Huamin Hu, Gang Ouyang, Jingwei Wang, Execute Shi, Le Zhang, Qingsheng Zeng, Chao Zhu, Shouheng Chen, Chun Cheng, Bing Wang, Han Zhang, Zheng Liu, Wei Huang, Taihong Wang, Lin Wang e Xiaolong Chen
p Os pesquisadores realizaram dispositivos emissores de luz infravermelho médio (MIR) opticamente e eletricamente acionados em uma heteroestrutura de van der Waals (vdW) simples, mas inovadora, construída a partir de fósforo negro de filme fino (BP) e dichalcogenetos de metal de transição (TMDC). Este trabalho sugere que a heteroestrutura vdW é uma plataforma promissora para pesquisas e aplicações no infravermelho médio. p Os espectros MIR têm sido amplamente usados para imagens térmicas, caracterizações de moléculas, e comunicações. Entre as tecnologias MIR, Diodos emissores de luz (LED) MIR mostram vantagens de largura de linha estreita, Baixo consumo de energia, e portabilidade. Desde a descoberta do filme fino BP em 2014, tem recebido muita atenção devido às suas propriedades únicas, como anisotropia no plano, alta mobilidade da operadora, e gap ajustável, etc, tornando BP um material promissor para aplicações em eletrônica e optoeletrônica.
p BP tem um bandgap dependente da espessura (0,3-2 eV), e o tamanho do bandgap pode ser ainda mais ajustado através da introdução de campo elétrico externo ou dopagem química. Por esses motivos, O filme fino BP tem sido considerado um material estrela de MIR. Pesquisas anteriores focaram principalmente nas propriedades de luminescência de flocos BP de monocamada e poucas camadas (com número de camada <5 camadas). Contudo, os relatórios mais recentes indicam que BP de filme fino (> 7 camadas) mostra propriedades de fotoluminescência notáveis na região MIR.
p Em um relatório para o jornal
Light:Ciência e Aplicações , pesquisadores propuseram uma nova heteroestrutura vdW para aplicações de emissão de luz MIR, construído a partir de BP e TMDC (como WSe
2 e MoS
2 ) De acordo com o cálculo DFT, o BP-WSe
2 a heteroestrutura forma um alinhamento de banda do tipo I. Portanto, os pares de elétrons e lacunas no WSe monocamada
2 pode ser transportado de forma eficiente para o estreito bandgap BP, aumentando assim a fotoluminescência MIR do filme fino BP. Um fator de melhoria de ~ 200% foi alcançado no BP-WSe de 5 nm de espessura
2 heteroestrutura.
p Por outro lado, o BP-MoS
2 a heteroestrutura forma um alinhamento de banda do tipo II. Uma junção PN natural é formada na interface entre o tipo p BP e o tipo n MoS
2 . Quando uma polarização de tensão positiva é aplicada entre BP e MoS
2 (Vds> 0), elétrons na banda de condução de MoS
2 pode cruzar a barreira e entrar na banda de condução do BP. Ao mesmo tempo, a maioria dos orifícios está bloqueada na interface dentro do BP devido à grande barreira Schottky da banda de valência. Como resultado, uma eletroluminescência MIR eficiente é alcançada no BP-MoS
2 heteroestrutura.
p As heteroestruturas BP-TMDC vdW têm muitas vantagens, como um processo de fabricação simples, alta eficiência, e boa compatibilidade com tecnologia de silício. Portanto, esta tecnologia fornece uma plataforma promissora para investigar sistemas optoeletrônicos híbridos de silício-2-D.
