(Phys.org) – Forskare från SLAC, Stanford och Berkeley Lab odlade ark av ett exotiskt material i ett enda atomlager och mätte dess elektroniska struktur för första gången. De upptäckte att det är en naturlig passform för att göra tunn, flexibel ljusbaserad elektronik.

I en studie publicerad 22 december in Naturens nanoteknik , forskarna ger ett recept för att göra tunnast möjliga ark av materialet, kallas molybdendiselenid eller MoSe ₂ , på ett exakt kontrollerat sätt, använder en teknik som är vanlig inom elektroniktillverkning.

"Vi hittade rätt recept, och vi tillhandahåller det i tidningen så att folk kan utveckla det mer för industriella ändamål, " sa Sung-Kwan Mo, en strålforskare vid Lawrence Berkeley National Laboratory's Advanced Light Source (ALS), där materialet tillverkades.

"Baserat på tester vid ALS och Stanford, nu kan vi säga MoSe ₂ har möjliga tillämpningar i fotoelektroniska enheter, som ljusdetektorer och solceller, sa Yi Zhang, en postdoktor som designade och byggde utrustningen som användes för att göra de tunna arken, och rapportens första författare. Materialet har också potential för nya typer av elektronik som fortfarande finns i framtiden, han sa. Zhang är knuten till Berkeley Lab och Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, som drivs tillsammans med SLAC National Accelerator Laboratory.

Enkla atomark av MoSe ₂ har genererat ett stort vetenskapligt intresse på sistone eftersom de tillhör en liten klass av material som absorberar ljus och glöd med stor effektivitet.

Men tills nu, ingen hade kunnat göra extremt tunna lager av MoSe ₂ i betydande mängder och direkt observera utvecklingen av deras elektroniska struktur. Detta är viktigt eftersom ett materials elektroniska beteende kan förändras fundamentalt, och på användbara sätt, när dess elektroner är begränsade till så tunna lager.

För att göra lakan, forskare värmde molybden och selen i en vakuumkammare vid ALS tills de avdunstade. De två elementen kombinerades och deponerades som en tunn, högkvalitativ film. Genom att justera processen, känd som molekylär strålepitaxi, forskarna kunde odla filmer som var ett till åtta atomlager tjocka.

Teamet undersökte filmens elektroniska struktur med ALS:s kraftfulla röntgenstråle, och senare med utrustning på Stanford. De hittade det första direkta experimentella beviset för att materialet plötsligt ändrar elektronisk struktur, bli en mycket effektivare absorbator och sändare av synligt ljus, när de görs i ark som är atomärt tunna.

Teamet upptäckte också att elektroner med olika snurr – beskrivna som antingen "upp" eller "ner" - färdas längs olika vägar och i motsatta riktningar genom den hexagonala strukturen av enskikts MoSe ₂ . Detta kan visa sig användbart i "spintronics, "en nästa generations teknik som skulle använda elektronsnurr, snarare än deras anklagelse, att bära och lagra information, sa Yongtao Cui, en postdoktor från Stanford som var med och testade filmen.

MoSe2s nya struktur kan också lämpa sig för ett ännu nyare koncept som kallas "valleytronics, " där både spinn och laddning används för att transportera och lagra information. Denna idé dök upp 2002; som spintronics, det utforskas ivrigt som ett potentiellt sätt att fortsätta trenden mot mindre, snabbare, billigare elektroniska apparater.

"Det här området är fortfarande i det inledande utvecklingsstadiet, ", sa Cui. "Folk har dessa applikationer i åtanke, men allt eftersom forskningen fortskrider kan de upptäcka nya aspekter av dessa material, och eventuellt nya applikationer."