Piccoli cambiamenti nella temperatura di crescita alterano la forma di una lega a quattro componenti creata alla Rice University. La lega può essere sintonizzata per alterare la sua banda proibita ottica, che possono essere utili nella progettazione di celle solari e diodi emettitori di luce. Credito:Alex Kutana
Gli scienziati della Rice University hanno scoperto una lega bidimensionale con una banda proibita ottica che può essere regolata dalla temperatura utilizzata per farla crescere.
Il laboratorio di riso dello scienziato dei materiali Pulickel Ajayan ha coltivato la lega a quattro componenti di metalli di transizione molibdeno e tungsteno con calcogeni zolfo e selenio in una fornace di deposizione chimica da vapore. Hanno scoperto che i cambiamenti di temperatura hanno apportato sottili cambiamenti nel modo in cui gli atomi si sono assemblati e hanno anche alterato le proprietà che determinano il modo in cui assorbono ed emettono la luce.
I loro esperimenti sono stati costruiti sul lavoro del laboratorio del fisico teorico di Rice Boris Yakobson, che ha creato decine di modelli per prevedere come dovrebbero funzionare le varie combinazioni dei quattro elementi.
Il processo dovrebbe essere di interesse per gli ingegneri che cercano di rendere più piccoli, dispositivi più efficienti. Poiché il bandgap rientra nella gamma ottica dello spettro elettromagnetico, i ricercatori hanno affermato che le celle solari e i diodi emettitori di luce potrebbero essere i primi beneficiari.
Il documento appare come una storia di copertina nell'attuale numero di Materiale avanzato .
Il team guidato dal co-autore principale e ricercatore di Rice, Alex Kutana, ha generato 152 modelli casuali del materiale che hanno mostrato che il bandgap potrebbe essere regolato da 1,62 a 1,84 elettronvolt variando la temperatura di crescita da 650 e 800 gradi Celsius (1, 202 a 1, 472 gradi Fahrenheit).
Gli scienziati del riso hanno scoperto un bidimensionale, lega a quattro componenti con un bandgap ottico che può essere regolato dalla temperatura utilizzata per crescere tramite deposizione chimica da vapore. Un'illustrazione modellata al computer è presente nell'attuale numero di Materiale avanzato . Credito:illustrazione di Alex Kutana/Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH &Co. KGaA. Riprodotto con permesso
Il team sperimentale guidato da Sandhya Susarla ha quindi realizzato e testato i materiali termodinamicamente stabili in una fornace con incrementi di 50 gradi. Gli scienziati dell'Oak Ridge National Laboratory guidati dal ricercatore post-dottorato Jordan Hachtel hanno prodotto immagini al microscopio che hanno identificato e dettagliato la posizione di ciascun atomo nei materiali.
"I laboratori hanno realizzato materiali 2-D con due o tre componenti, ma non crediamo che qualcuno ne abbia provati quattro, ", ha affermato Chandra Sekhar Tiwary, co-autrice e ricercatrice post-dottorato di Rice. "Avere quattro componenti ci dà un ulteriore grado di libertà. Con meno materiali, ogni aggiustamento che fai per cambiare il bandgap lo trasforma in un materiale diverso. Qui non è così".
"Quello che abbiamo fatto dovrebbe essere molto utile, "aggiunse Susarla, uno studente laureato di riso. "Per applicazioni come celle solari e LED, hai bisogno di un materiale che abbia un ampio gap di banda."
Tiwary ha detto che il materiale può essere sintonizzato per coprire l'intero spettro della luce visibile, lunghezze d'onda da 400 a 700 nanometri. "È una vasta gamma che possiamo coprire semplicemente cambiando questa composizione, " disse. "Se scegliamo correttamente la composizione, possiamo raggiungere il bandgap corretto o il punto di emissione corretto."
"Questi materiali sono probabilmente i semiconduttori 2-D più importanti grazie alle loro eccellenti proprietà optoelettroniche e al basso costo, " Kutana ha detto. "I nostri calcoli ad alto rendimento ci hanno permesso di evitare ipotesi precedenti su come si è comportato il bandgap della lega. Il risultato sorprendente è stato quanto fossero regolari i cambiamenti del bandgap, con conseguente proprietà ottiche che sono sia utili che prevedibili."
