(Phys.org) —Kombination av undermaterialgrafen med andra fantastiska enatomtjocka material kan skapa nästa generation solceller och optoelektroniska enheter, forskare har avslöjat.

University of Manchester och National University of Singapore forskare har visat hur byggande av flera lager heterostrukturer i en tredimensionell stapel kan producera ett spännande fysiskt fenomen som utforskar nya elektroniska enheter.

Genombrottet, publicerad i Vetenskap , kan leda till elektrisk energi som driver hela byggnader som genereras av solljus och absorberas av dess utsatta väggar; energin kan användas efter behag för att ändra genomskinlighet och reflektivitet hos fixturer och fönster beroende på miljöförhållanden, som temperatur och ljusstyrka.

Isoleringen av grafen, av University of Manchester Nobelpristagare Professor Andre Geim och professor Kostya Novoselov 2004, ledde till upptäckten av hela den nya familjen av en atomtjocka material.

Graphene är världens tunnaste, starkaste och mest ledande material, och har potential att revolutionera ett stort antal olika applikationer; från smartphones och ultrasnabbt bredband till läkemedelsleverans och datorchips.

Isoleringen av grafen ledde också till upptäckten av en helt ny familj av en atomtjocka material.

Kollektivt, sådana 2D -kristaller visar ett brett spektrum av superlativa egenskaper:från ledande till isolerande, från ogenomskinlig till transparent. Varje nytt lager i dessa staplar lägger till spännande nya funktioner, så heterostrukturerna är idealiska för att skapa nya, multifunktionella enheter.

Ett plus ett är större än två - kombinationerna av 2D -kristaller gör det möjligt för forskare att uppnå funktionalitet som inte är tillgänglig från något av de enskilda materialen.

Manchester- och Singapore -forskarna utökade funktionaliteten hos dessa heterostrukturer till optoelektronik och fotonik. Genom att kombinera grafen med monoskikt av övergångsmetalldykalkogenider (TMDC), forskarna kunde skapa extremt känsliga och effektiva fotovoltaiska enheter. Sådana enheter kan eventuellt användas som ultrakänsliga fotodetektorer eller mycket effektiva solceller.

I dessa enheter, lager av TMDC var inklämt mellan två lager av grafen, kombinerar de spännande egenskaperna hos båda 2D -kristallerna. TMDC -lager fungerar som mycket effektiva ljusabsorbenter och grafen som ett transparent ledande lager. Detta möjliggör ytterligare integration av sådana fotovoltaiska enheter i mer komplexa, fler multifunktionella heterostrukturer.

Professor Novoselov sa:"Vi är glada över den nya fysiken och nya möjligheter som heterostrukturer ger oss baserade på 2D -atomkristaller. Biblioteket med tillgängliga 2D -kristaller är redan ganska rikt, täcker ett stort parameterutrymme.

"Sådana fotoaktiva heterostrukturer tillför ännu nya möjligheter, och bana väg för nya typer av experiment. När vi skapar mer och mer komplexa heterostrukturer, så att enheternas funktioner blir rikare, kommer in i multifunktionella enheter. "

Forskare och huvudförfattare vid University of Manchester Dr Liam Britnell tillade:"Det var imponerande hur snabbt vi gick från idén om sådana ljuskänsliga heterostrukturer till den fungerande enheten. Det fungerade praktiskt taget från början och även de mest ooptimerade strukturerna visade mycket respektabla egenskaper"

Professor Antonio Castro Neto, Direktör för Graphene Research Center vid National University of Singapore tillade:"Vi kunde identifiera den perfekta kombinationen av material:mycket ljuskänsligt TMDC och optiskt transparent och ledande grafen, som tillsammans skapar en mycket effektiv solcellsenhet.

"Vi är säkra på att när vi forskar mer om området 2D -atomkristaller kommer vi att kunna identifiera fler sådana kompletterande material och skapa mer komplexa heterostrukturer med flera funktioner. Detta är verkligen ett öppet fält och vi kommer att utforska det."

Dr Cinzia Casiraghi, från University of Manchester, tillade:"Fotokänsliga heterostrukturer skulle öppna ett sätt för andra heterostrukturer med nya funktioner. i framtiden planerar vi för billigare och mer effektiv heterostruktur för solcellsapplikationer. "