Les monocouches de diséléniure de tungstène et de disulfure de tungstène se combinent sur une couture atomiquement mince dans une hétérostructure dans le plan. Crédit :Université métropolitaine de Tokyo
Des chercheurs de l'Université métropolitaine de Tokyo ont mis au point un moyen de produire des monocouches de haute qualité d'une sélection de différents dichalcogénures de métaux de transition qui se rencontrent sur une couture atomiquement mince. En recouvrant cette couche d'un gel ionique, un mélange d'un liquide ionique et d'un polymère, ils pourraient exciter l'émission de lumière le long du joint. La lumière s'est également avérée être naturellement polarisée circulairement, un produit de la souche personnalisable à travers la frontière. Leurs résultats sont publiés dans Advanced Functional Materials
Les diodes électroluminescentes (DEL) sont devenues omniprésentes grâce à leur impact révolutionnaire sur presque toutes les formes d'éclairage. Mais à mesure que nos besoins se diversifient et que les exigences de performance augmentent, il existe toujours un besoin évident de solutions encore plus économes en énergie. Une de ces options implique l'application d'hétérostructures dans le plan, où des couches ultra-minces de différents matériaux sont modelées sur des surfaces pour produire des frontières. Dans le cas des LED, c'est là que les électrons et les "trous" (vides mobiles dans les matériaux semi-conducteurs) se recombinent pour produire de la lumière. L'efficacité, la fonctionnalité et la portée des applications de telles structures sont déterminées non seulement par les matériaux utilisés, mais aussi par les dimensions et la nature des frontières, ce qui a conduit à de nombreuses recherches sur le contrôle de leur structure à l'échelle nanométrique.
Une équipe de chercheurs dirigée par le professeur agrégé Yasumitsu Miyata de l'Université métropolitaine de Tokyo, le professeur adjoint Jiang Pu et le professeur Taishi Takenobu de l'Université de Nagoya ont étudié l'utilisation d'une classe de matériaux connus sous le nom de dichalcogénures de métaux de transition (TMDC), une famille de substances contenant un élément du groupe 16 du tableau périodique et un métal de transition. Ils ont utilisé une technique connue sous le nom de dépôt chimique en phase vapeur pour déposer de manière contrôlée des éléments sur des surfaces afin de créer des monocouches atomiquement minces; une grande partie de leur travail a porté sur la manière dont ces monocouches peuvent être modifiées pour créer des motifs avec différentes régions constituées de différents TMDC.
(à gauche) Régions de disulfure de tungstène et de diséléniure de tungstène observées par microscopie optique. (à droite) Image de microscopie électronique à transmission à balayage (STEM) de la frontière entre les deux TMDC différents. Crédit :Université métropolitaine de Tokyo
(à gauche) Image au microscope optique d'une hétérostructure dans le plan avec deux électrodes attachées. (à droite) Une fois qu'une tension est appliquée, on voit que la lumière est émise à partir de l'interface entre les deux TMDC différents. Crédit :Université métropolitaine de Tokyo
Les ions positifs et négatifs dans le liquide ionique sont mobiles même lorsque le réseau polymère maintient le gel rigide. Lorsqu'une tension est appliquée, les ions migrent et induisent le transport d'électrons et de trous, qui à leur tour se recombinent à l'interface pour créer de la lumière. Crédit :Université métropolitaine de Tokyo
Aujourd'hui, la même équipe a réussi à affiner considérablement cette technologie. Ils ont repensé leur chambre de croissance afin que différents matériaux puissent être rapprochés du substrat dans une séquence définie ; ils ont également introduit des additifs pour modifier la température de vaporisation de chaque composant, permettant des conditions optimisées pour la croissance de couches cristallines de haute qualité.
En conséquence, ils ont réussi à utiliser quatre TMDC différents pour créer six types différents de « coutures » fines et fines. De plus, en ajoutant un gel ionique, un mélange d'un liquide ionique (un fluide d'ions positifs et négatifs à température ambiante) et d'un polymère, une tension pourrait être appliquée à travers les coutures pour produire l'électroluminescence, le même phénomène de base sous-jacent aux LED. La personnalisation de leur configuration et la haute qualité de leurs interfaces permettent d'explorer un large éventail de permutations, y compris différents degrés de « inadéquation » ou de tension entre différents TMDC.
Fait intéressant, l'équipe a découvert que la frontière entre une monocouche de diséléniure de tungstène et de disulfure de tungstène produisait une forme de lumière "à main" connue sous le nom de lumière polarisée circulairement, un produit direct de la contrainte au niveau de la couture. Ce nouveau degré de contrôle à l'échelle nanométrique ouvre un monde de possibilités sur la façon dont leurs nouvelles structures peuvent être appliquées à des dispositifs réels, en particulier dans le domaine de l'optoélectronique quantique. "Patchwork" atomique utilisant l'hétéroépitaxie pour les dispositifs semi-conducteurs de nouvelle génération
