«Эта работа демонстрирует, что, складывая несколько двумерных (2-D) материалов случайным образом, мы можем создавать полупроводниковые переходы, которые будут такими же функциональными, как и те, которые имеют идеальное выравнивание», — говорит д-р Линью Цао, старший автор статьи о работе и доцент кафедры материаловедения и инженерии в NC State.«Это могло бы сделать производство полупроводниковых устройств на порядок дешевле».
Для работы большинства полупроводниковых электронных или фотонных устройств они должны иметь переход, то есть место соединения двух полупроводниковых материалов. Например, в фотонных устройствах, таких как солнечные элементы, лазеры и светодиоды, на стыке фотоны преобразуются в электроны или наоборот.
Все полупроводниковые переходы основаны на эффективной передаче заряда между материалами, чтобы гарантировать плавное протекание тока и минимальные потери энергии во время передачи. Для этого в обычных полупроводниковых переходах кристаллические структуры обоих материалов должны совпадать. Однако это ограничивает материалы, которые можно использовать, потому что вам нужно убедиться, что кристаллические структуры совместимы.
И это ограниченное количество материалов ограничивает сложность и диапазон возможных функций для полупроводниковых переходов.«Но мы обнаружили, что кристаллическая структура не имеет значения, если вы используете атомарно тонкие двухмерные материалы», — говорит Цао. «Мы использовали сульфид молибдена и сульфид вольфрама для этого эксперимента, но это фундаментальное открытие, которое, как мы думаем, применимо к любому двумерному полупроводниковому материалу. Это означает, что вы можете использовать любую комбинацию двух или более полупроводниковых материалов, и вы можете складывать их случайным образом но при этом получить эффективный перенос заряда между материалами ».
В настоящее время создание полупроводниковых переходов означает идеальное согласование кристаллических структур между материалами, что требует дорогостоящего оборудования, сложных методов обработки и опыта пользователя. Эти производственные затраты являются основной причиной того, что полупроводниковые устройства, такие как солнечные элементы, лазеры и светодиоды, остаются очень дорогими.
Но для укладки двухмерных материалов не требуется соответствие кристаллических структур.«Это так же просто, как складывать листы бумаги друг на друга — даже не имеет значения, совпадают ли края бумаги», — говорит Цао.