Pour régler la bande interdite, un paramètre clé dans le contrôle de la conductivité électrique et des propriétés optiques des semi-conducteurs, les chercheurs fabriquent généralement des alliages, un processus dans lequel deux matériaux ou plus sont combinés pour obtenir des propriétés qui autrement ne pourraient pas être atteintes par un matériau vierge.

Mais l'ingénierie des bandes interdites des semi-conducteurs conventionnels via l'alliage a souvent été un jeu de devinettes, parce que les scientifiques n'ont pas eu de technique pour "voir" directement si les atomes de l'alliage sont disposés selon un motif spécifique, ou dispersés au hasard.

Maintenant, comme indiqué dans Lettres d'examen physique , une équipe de recherche dirigée par Alex Zettl et Marvin Cohen, des scientifiques principaux de la faculté de la division des sciences des matériaux du Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) du département de l'Énergie, et professeurs de physique à l'UC Berkeley - a démontré une nouvelle technique qui pourrait créer la bande interdite nécessaire pour améliorer les performances des semi-conducteurs pour l'électronique de nouvelle génération telle que l'optoélectronique, thermoélectrique, et capteurs.

Pour l'étude en cours, les chercheurs ont examiné des échantillons monocouches et multicouches d'un matériau de dichalcogénure de métal de transition (TMD) bidimensionnel composé de l'alliage de disulfure de rhénium niobium.

Des expériences de microscopie électronique ont révélé des bandes sinueuses formées par des atomes métalliques de rhénium et de niobium dans la structure en réseau de l'alliage TMD 2-D.

Une analyse statistique a confirmé ce que l'équipe de recherche avait soupçonné :les atomes métalliques de l'alliage TMD 2-D préfèrent être adjacents aux autres atomes métalliques, "qui contraste fortement avec la structure aléatoire d'autres alliages TMD de la même classe, " a déclaré l'auteur principal Amin Azizi, chercheur postdoctoral au laboratoire Zettl de l'UC Berkeley.

Calculs effectués au Berkeley Lab's National Energy Research Scientific Computing Center (NERSC) par Mehmet Dogan, chercheur postdoctoral au laboratoire Cohen de l'UC Berkeley, ont démontré qu'un tel ordre atomique peut modifier la bande interdite du matériau.

Les mesures de spectroscopie optique effectuées à la source lumineuse avancée de Berkeley Lab ont révélé que la bande interdite de l'alliage TMD 2D peut être réglée en plus en ajustant le nombre de couches dans le matériau. Aussi, la bande interdite de l'alliage monocouche est similaire à celle du silicium, ce qui est « juste » pour de nombreuses applications électroniques et optiques, dit Azizi. Et l'alliage 2-D TMD a l'avantage supplémentaire d'être flexible et transparent.

Les chercheurs prévoient ensuite d'explorer les propriétés de détection et optoélectroniques de nouveaux dispositifs basés sur l'alliage TMD 2-D.