Une équipe de chercheurs dirigée par la North Carolina State University a découvert que l'empilement de matériaux d'une épaisseur d'un atome seulement peut créer des jonctions semi-conductrices qui transfèrent efficacement la charge, indépendamment du fait que la structure cristalline des matériaux ne correspond pas - en réduisant le coût de fabrication d'une grande variété de dispositifs à semi-conducteurs tels que les cellules solaires, lasers et LED.

"Ce travail démontre qu'en empilant plusieurs matériaux bidimensionnels (2D) de manière aléatoire, nous pouvons créer des jonctions semi-conductrices aussi fonctionnelles que celles avec un alignement parfait", explique le Dr Linyou Cao, auteur principal d'un article sur le travail et professeur adjoint de science et d'ingénierie des matériaux à NC State.

"Cela pourrait rendre la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs d'un ordre de grandeur moins chère."

Pour que la plupart des dispositifs électroniques ou photoniques à semi-conducteur fonctionnent, ils doivent avoir une jonction, c'est là que deux matériaux semi-conducteurs sont liés ensemble. Par exemple, dans les dispositifs photoniques comme les cellules solaires, lasers et LED, la jonction est l'endroit où les photons sont convertis en électrons, ou vice versa.

Toutes les jonctions semi-conductrices reposent sur un transfert de charge efficace entre les matériaux, pour s'assurer que le courant circule bien et qu'un minimum d'énergie est perdu pendant le transfert. Pour ce faire dans les jonctions semi-conductrices classiques, les structures cristallines des deux matériaux doivent correspondre. Cependant, qui limite les matériaux utilisables, car il faut s'assurer que les structures cristallines sont compatibles. Et ce nombre limité de correspondances de matériaux restreint la complexité et la gamme des fonctions possibles pour les jonctions semi-conductrices.

"Mais nous avons constaté que la structure cristalline n'a pas d'importance si vous utilisez atomiquement mince, matériaux 2D, " Cao dit. "Nous avons utilisé du sulfure de molybdène et du sulfure de tungstène pour cette expérience, mais il s'agit d'une découverte fondamentale qui, selon nous, s'applique à tout matériau semi-conducteur 2D. Cela signifie que vous pouvez utiliser n'importe quelle combinaison de deux matériaux semi-conducteurs ou plus, et vous pouvez les empiler au hasard tout en obtenant un transfert de charge efficace entre les matériaux."

Actuellement, créer des jonctions semi-conductrices, c'est faire correspondre parfaitement les structures cristallines entre les matériaux - ce qui nécessite des équipements coûteux, méthodes de traitement sophistiquées et expertise des utilisateurs. Ce coût de fabrication est une raison majeure pour laquelle les dispositifs à semi-conducteurs tels que les cellules solaires, les lasers et les LED restent très chers. Mais l'empilement de matériaux 2D ne nécessite pas que les structures cristallines correspondent.

"C'est aussi simple que d'empiler des morceaux de papier les uns sur les autres - peu importe si les bords du papier s'alignent, " dit Cao.

Le papier, "Relaxation d'excitons intercouches tout aussi efficaces et absorption améliorée dans les hétérostructures épitaxiales et non épitaxiales MoS2/WS2, » a été publié en tant que manuscrit « juste-accepté » en Lettres nano 3 décembre.