Per sintonizzare il gap di banda, un parametro chiave nel controllo della conduttività elettrica e delle proprietà ottiche dei semiconduttori, i ricercatori in genere progettano leghe, un processo in cui due o più materiali sono combinati per ottenere proprietà che altrimenti non potrebbero essere ottenute da un materiale incontaminato.

Ma l'ingegneria dei band gap dei semiconduttori convenzionali tramite le leghe è stata spesso un gioco di ipotesi, perché gli scienziati non hanno avuto una tecnica per "vedere" direttamente se gli atomi della lega sono disposti secondo uno schema specifico, o dispersi casualmente.

Ora, come riportato in Lettere di revisione fisica , un gruppo di ricerca guidato da Alex Zettl e Marvin Cohen, scienziati senior della facoltà nella divisione di scienze dei materiali presso il Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'energia, e professori di fisica all'Università di Berkeley, ha dimostrato una nuova tecnica che potrebbe progettare il band gap necessario per migliorare le prestazioni dei semiconduttori per l'elettronica di prossima generazione come l'optoelettronica, termoelettrici, e sensori.

Per lo studio in corso, i ricercatori hanno esaminato campioni monostrato e multistrato di un materiale dicalcogenuro di metallo di transizione 2-D (TMD) realizzato con la lega di disolfuro di renio e niobio.

Gli esperimenti di microscopia elettronica hanno rivelato strisce tortuose formate da atomi metallici di renio e niobio nella struttura reticolare della lega 2-D TMD.

Un'analisi statistica ha confermato ciò che il team di ricerca aveva sospettato:che gli atomi di metallo nella lega TMD 2-D preferiscono essere adiacenti agli altri atomi di metallo, "che è in netto contrasto con la struttura casuale di altre leghe TMD della stessa classe, " ha detto l'autore principale Amin Azizi, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio Zettl dell'UC Berkeley.

Calcoli eseguiti presso il National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) del Berkeley Lab da Mehmet Dogan, un ricercatore post-dottorato nel laboratorio Cohen dell'UC Berkeley, dimostrato che tale ordinamento atomico può modificare il band gap del materiale.

Le misurazioni della spettroscopia ottica eseguite presso l'Advanced Light Source del Berkeley Lab hanno rivelato che il band gap della lega TMD 2-D può essere ulteriormente regolato regolando il numero di strati nel materiale. Anche, il band gap della lega monostrato è simile a quello del silicio, che è "giusto" per molte applicazioni elettroniche e ottiche, disse Azizi. E la lega 2-D TMD ha i vantaggi aggiuntivi di essere flessibile e trasparente.

I ricercatori hanno in programma di esplorare il rilevamento e le proprietà optoelettroniche di nuovi dispositivi basati sulla lega TMD 2-D.