La propriété déterminante d'un semi-conducteur est sa bande interdite :la barrière qui empêche les électrons dans une plage d'énergie spécifique de traverser un matériau. Lance Li et son équipe ont collaboré avec des collègues de Taïwan et ont utilisé un modèle simple pour déterminer l'alignement des bandes dans une nouvelle classe passionnante de semi-conducteurs appelée transition bidimensionnelle. -les dichalcogénures métalliques (TMD).

Le concept simple de bande interdite permet à un seul matériau semi-conducteur, comme le silicium, effectuer les opérations requises par les appareils électroniques; cependant, lorsque deux ou plusieurs semi-conducteurs sont combinés, l'appareil offre une plus large gamme de fonctionnalités et offre des performances et une efficacité améliorées. Pour comprendre le comportement de telles hétérostructures, il est crucial de savoir comment les bandes interdites des deux matériaux s'alignent.

Bien que le graphène et les TMD soient tous atomiquement minces, l'absence de bande interdite dans le graphène limite son application à l'électronique tandis que la présence d'une bande interdite dans les TMD permet de les empiler dans des hétérostructures. Il est, cependant, difficile de déterminer expérimentalement l'alignement des bandes entre ces couches car les résultats dépendent de la qualité des TMD fragiles. Li et son équipe ont maintenant prouvé que le concept connu sous le nom de modèle Anderson, un simple, moyen de calcul peu coûteux de déterminer l'alignement des bandes, est applicable à ce système.

Le modèle d'Anderson suppose que lorsque deux semi-conducteurs sont placés ensemble, ils partagent un zéro commun dans leur structure de bande d'énergie connue sous le nom de niveau de vide. L'alignement des bandes interdites peut alors être déterminé directement à partir des valeurs calculées des bandes interdites et des décalages. Jusqu'à maintenant, il n'était pas clair si cette hypothèse serait vraie dans les TMD de couche atomique.

Li et son équipe ont résolu ce problème en mesurant l'énergie de la bande interdite dans trois TMD, bisulfure de molybdène, disulfure de tungstène et diséléniure de tungstène, en utilisant une méthode appelée spectroscopie de photoélectrons ultraviolets. Ils ont ensuite appliqué le modèle d'Anderson pour prédire l'alignement des bandes. Ils ont comparé ces valeurs calculées avec des mesures expérimentales directes de la spectroscopie photoélectronique aux rayons X des hétérostructures molybdène-disulfure-tungstène-disulfure et molybdène-disulfure-tungstène-diséléniure.

La concordance entre les valeurs obtenues par les deux méthodes indique que le modèle d'Anderson est vrai. L'équipe suggère que cela est dû aux surfaces uniques de van der Waals, qui assurent une absence de liaisons atomiques pendantes qui empêcheraient autrement les niveaux de vide dans les deux matériaux de s'aligner.

"Notre prochaine étape est de construire des hétérojonctions basées sur les connaissances acquises de la théorie, " dit Li. " Nous allons rechercher plusieurs hétérostructures pour diverses applications, comme les cellules solaires et les diodes électroluminescentes.