Les chercheurs ont réalisé des dispositifs d'émission de lumière dans l'infrarouge moyen (MIR) à commande optique et électrique dans une hétérostructure simple mais nouvelle de van der Waals (vdW) construite à partir de phosphore noir (BP) en couche mince et de dichalcogénures de métaux de transition (TMDC). Ce travail suggère que l'hétérostructure vdW est une plate-forme prometteuse pour la recherche et les applications dans l'infrarouge moyen.

Les spectres MIR ont été largement utilisés pour l'imagerie thermique, caractérisations de molécules, et communications. Parmi les technologies MIR, Les diodes électroluminescentes (LED) MIR présentent les avantages d'une largeur de ligne étroite, Basse consommation énergétique, et la portabilité. Depuis la découverte du BP en couche mince en 2014, il a reçu beaucoup d'attention en raison de ses propriétés uniques, comme l'anisotropie dans le plan, grande mobilité des transporteurs, et bande interdite réglable, etc., faisant du BP un ​​matériau prometteur pour des applications en électronique et en optoélectronique.

BP a une bande interdite dépendant de l'épaisseur (0,3-2 eV), et la taille de la bande interdite peut être davantage ajustée en introduisant un champ électrique externe ou un dopage chimique. A cause de ces raisons, Le BP en couche mince a été considéré comme un matériau MIR en étoile. Les recherches antérieures se sont principalement concentrées sur les propriétés de luminescence des flocons BP monocouches et à quelques couches (avec numéro de couche <5 couches). Cependant, les derniers rapports indiquent que la PA en couche mince (> 7 couches) montre des propriétés de photoluminescence remarquables dans la région MIR.

Dans un rapport pour la revue Lumière :science et applications , les chercheurs ont proposé une nouvelle hétérostructure vdW pour les applications d'émission de lumière MIR, construit à partir de BP et TMDC (comme WSe 2 et MoS 2 ). D'après le calcul de la DFT, le BP-WSe 2 l'hétérostructure forme un alignement de bande de type I. D'où, les paires d'électrons et de trous dans la monocouche WSe 2 peut être efficacement transporté dans le BP à bande interdite étroite, améliorant ainsi la photoluminescence MIR du film mince BP. Un facteur d'amélioration d'environ 200 % a été obtenu dans le BP-WSe de 5 nm d'épaisseur 2 hétérostructure.

D'autre part, le BP-MoS 2 l'hétérostructure forme un alignement de bande de type II. Une jonction PN naturelle est formée à l'interface entre BP de type p et MoS de type n 2 . Lorsqu'une tension de polarisation positive est appliquée entre BP et MoS 2 (Vds> 0), électrons dans la bande de conduction du MoS 2 peut traverser la barrière et entrer dans la bande de conduction de BP. À la fois, la majorité des trous sont bloqués à l'interface à l'intérieur de BP en raison de la grande barrière Schottky de la bande de valence. Par conséquent, une électroluminescence MIR efficace est obtenue dans le BP-MoS 2 hétérostructure.

Les hétérostructures BP-TMDC vdW présentent de nombreux avantages, comme un simple processus de fabrication, haute efficacité, et une bonne compatibilité avec la technologie silicium. D'où, cette technologie offre une plate-forme prometteuse pour l'étude des systèmes optoélectroniques hybrides silicium-2-D.