Un team di ricercatori del MIT ha utilizzato un nuovo materiale dello spessore di pochi atomi per creare dispositivi in ​​grado di sfruttare o emettere luce. Questa prova di concetto potrebbe portare a ultrasottili, leggero, e celle fotovoltaiche flessibili, diodi emettitori di luce (LED), e altri dispositivi optoelettronici, dicono.

Il loro rapporto è uno dei tre articoli di diversi gruppi che descrivono risultati simili con questo materiale, pubblicato nel numero del 9 marzo di Nanotecnologia della natura . La ricerca del MIT è stata condotta da Pablo Jarillo-Herrero, il Professore Associato di Fisica Mitsui Career Development, studenti laureati Britton Baugher e Yafang Yang, e postdoc Hugh Churchill.

Il materiale che hanno usato, chiamato diseleniuro di tungsteno (WSe2), fa parte di una classe di materiali a spessore di singola molecola in fase di studio per un possibile utilizzo in nuovi dispositivi optoelettronici, quelli in grado di manipolare le interazioni di luce ed elettricità. In questi esperimenti, i ricercatori del MIT sono stati in grado di utilizzare il materiale per produrre diodi, l'elemento base dell'elettronica moderna.

Tipicamente, diodi (che consentono agli elettroni di fluire in una sola direzione) sono realizzati mediante "drogaggio, " che è un processo di iniezione di altri atomi nella struttura cristallina di un materiale ospite. Utilizzando materiali diversi per questo processo irreversibile, è possibile realizzare uno dei due tipi fondamentali di materiali semiconduttori, tipo p o tipo n.

Ma con il nuovo materiale, le funzioni di tipo p o di tipo n possono essere ottenute semplicemente avvicinando il film evanescente a un elettrodo metallico adiacente, e sintonizzare la tensione in questo elettrodo da positivo a negativo. Ciò significa che il materiale può essere facilmente e istantaneamente cambiato da un tipo all'altro, che è raramente il caso dei semiconduttori convenzionali.

Nei loro esperimenti, il team del MIT ha prodotto un dispositivo con un foglio di materiale WSe2 drogato elettricamente per metà di tipo n e per metà di tipo p, creando un diodo funzionante che ha proprietà "molto vicine all'ideale, " dice Jarillo-Herrero.

Facendo diodi, è possibile produrre tutti e tre i dispositivi optoelettronici di base:fotorilevatori, celle fotovoltaiche, e LED; il team del MIT ha dimostrato tutti e tre, Jarillo-Herrero dice. Sebbene questi siano dispositivi di prova del concetto, e non progettato per essere scalato, la dimostrazione di successo potrebbe indicare la strada verso un'ampia gamma di potenziali usi, lui dice.

"Si sa fare materiali di grandi dimensioni" di questo tipo, Churchill dice. Mentre saranno necessari ulteriori lavori, lui dice, "non c'è motivo per cui non saresti in grado di farlo su scala industriale."

In linea di principio, Jarillo-Herrero dice, perché questo materiale può essere progettato per produrre diversi valori di una proprietà chiave chiamata bandgap, dovrebbe essere possibile realizzare LED che producono qualsiasi colore, cosa difficile da fare con i materiali convenzionali. E poiché il materiale è così sottile, trasparente, e leggero, dispositivi come celle solari o display potrebbero essere integrati nei finestrini degli edifici o dei veicoli, o addirittura incorporati nell'abbigliamento, lui dice.

Sebbene il selenio non sia abbondante come il silicio o altri materiali promettenti per l'elettronica, la sottigliezza di questi fogli è un grande vantaggio, Churchill sottolinea:"È migliaia o decine di migliaia di volte più sottile" dei materiali a diodi convenzionali, "così useresti migliaia di volte meno materiale" per realizzare dispositivi di una determinata dimensione.

Oltre ai diodi prodotti dal team, il team ha anche utilizzato gli stessi metodi per realizzare transistor di tipo p e di tipo n e altri componenti elettronici, Jarillo-Herrero dice. Tali transistor potrebbero avere un vantaggio significativo in termini di velocità e consumo energetico perché sono così sottili, lui dice.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.