Un team di ricercatori guidato dalla North Carolina State University ha scoperto che impilare materiali spessi un solo atomo può creare giunzioni di semiconduttori che trasferiscono la carica in modo efficiente, indipendentemente dal fatto che la struttura cristallina dei materiali sia disallineata, riducendo i costi di produzione per un'ampia varietà di dispositivi a semiconduttore come le celle solari, laser e LED.

"Questo lavoro dimostra che impilando più materiali bidimensionali (2-D) in modi casuali possiamo creare giunzioni di semiconduttori che sono funzionali quanto quelle con un perfetto allineamento", afferma il dott. Linyou Cao, autore senior di un documento sul lavoro e assistente professore di scienza e ingegneria dei materiali presso la NC State.

"Questo potrebbe rendere la produzione di dispositivi a semiconduttore un ordine di grandezza meno costosa".

Affinché la maggior parte dei dispositivi elettronici o fotonici a semiconduttore funzionino, devono avere una giunzione, che è dove due materiali semiconduttori sono legati insieme. Per esempio, in dispositivi fotonici come le celle solari, laser e LED, la giunzione è dove i fotoni vengono convertiti in elettroni, o vice versa.

Tutte le giunzioni dei semiconduttori si basano su un efficiente trasferimento di carica tra i materiali, per garantire che la corrente scorra senza intoppi e che un minimo di energia venga persa durante il trasferimento. Per farlo nelle giunzioni convenzionali dei semiconduttori, le strutture cristalline di entrambi i materiali devono corrispondere. Però, che limita i materiali utilizzabili, perché è necessario assicurarsi che le strutture cristalline siano compatibili. E quel numero limitato di corrispondenze di materiale limita la complessità e la gamma di possibili funzioni per le giunzioni dei semiconduttori.

"Ma abbiamo scoperto che la struttura cristallina non ha importanza se usi atomicamente sottili, materiali 2-D, " dice Cao. "Abbiamo usato solfuro di molibdeno e solfuro di tungsteno per questo esperimento, ma questa è una scoperta fondamentale che pensiamo si applichi a qualsiasi materiale semiconduttore 2-D. Ciò significa che puoi utilizzare qualsiasi combinazione di due o più materiali semiconduttori, e puoi impilarli casualmente ma ottenere comunque un trasferimento di carica efficiente tra i materiali."

Attualmente, creare giunzioni di semiconduttori significa abbinare perfettamente le strutture cristalline tra i materiali - il che richiede attrezzature costose, metodi di elaborazione sofisticati e competenza dell'utente. Questo costo di produzione è una delle ragioni principali per cui i dispositivi a semiconduttore come le celle solari, laser e LED rimangono molto costosi. Ma l'impilamento di materiali 2D non richiede che le strutture cristalline corrispondano.

"È semplice come impilare pezzi di carta uno sopra l'altro - non importa nemmeno se i bordi della carta si allineano, " dice Cao.

La carta, "Rilassamento degli eccitoni intercalare altrettanto efficiente e migliore assorbimento nelle eterostrutture MoS2/WS2 epitassiali e non epitassiali, " è stato pubblicato come manoscritto "appena accettato" in Nano lettere 3 dicembre