Forskare har utvecklat vad de tror är den tunnast möjliga halvledaren, en ny klass av nanoskala material tillverkade i ark som bara är tre atomer tjocka.

University of Washington forskare har visat att två av dessa enskiktiga halvledarmaterial kan anslutas på ett atomärt sömlöst sätt som kallas heterojunction. Detta resultat kan vara grunden för nästa generations flexibla och transparenta datorer, bättre ljusdioder, eller lysdioder, och solteknik.

"Heterojunctions är grundläggande element i elektroniska och fotoniska enheter, "sa seniorförfattaren Xiaodong Xu, en UW -biträdande professor i materialvetenskap och teknik och fysik. "Vår experimentella demonstration av sådana korsningar mellan tvådimensionella material bör möjliggöra nya sorters transistorer, Lysdioder, nanolasers, och solceller som ska utvecklas för mycket integrerade elektroniska och optiska kretsar i ett enda atomplan. "

Forskningen publicerades online denna vecka i Naturmaterial .

Forskarna upptäckte att två platta halvledarmaterial kan kopplas kant-till-kant med kristallin perfektion. De arbetade med två enkellager, eller monoskikt, material - molybden -diselenid och volfram -diselenid - som har mycket liknande strukturer, som var nyckeln till att skapa den sammansatta tvådimensionella halvledaren.

Samarbetspartners från elektronmikroskopi -centret vid University of Warwick i England fann att alla atomer i båda materialen bildade en enda bikakegitterstruktur, utan störningar eller diskontinuiteter. Detta ger den starkaste möjliga länken mellan två enkellageriga material, nödvändig för flexibla enheter. Inom samma materialfamilj är det möjligt att forskare kan binda ihop andra par på samma sätt.

Forskarna skapade korsningarna i en liten ugn vid UW. Först, de satte in en pulverblandning av de två materialen i en kammare uppvärmd till 900 grader Celsius (1, 652 F). Vätgas fördes sedan genom kammaren och de avdunstade atomerna från ett av materialen fördes mot ett svalare område av röret och avsattes som kristall i ett lager i form av trianglar.

Efter ett tag, avdunstade atomer från det andra materialet som sedan fästes vid triangelns kanter för att skapa en sömlös halvledande heterojunction.

"Detta är en skalbar teknik, "sa Sanfeng Wu, en UW -doktorand i fysik och en av huvudförfattarna. "Eftersom materialen har olika egenskaper, de avdunstar och separeras vid olika tidpunkter automatiskt. Det andra materialet bildas runt den första triangeln som just tidigare bildats. Det är därför dessa galler är så vackert anslutna. "

Med en större ugn, det skulle vara möjligt att massproducera ark av dessa halvledar heterostrukturer, sa forskarna. I liten skala, det tar ungefär fem minuter att odla kristallerna, med upp till två timmars uppvärmning och kylning.

"Vi är mycket glada över de nya vetenskapliga och tekniska möjligheter som dessa nya strukturer ger, "sa seniorförfattaren David Cobden, en UW -professor i fysik. "I framtiden, kombinationer av tvådimensionella material kan integreras tillsammans på detta sätt för att bilda alla möjliga intressanta elektroniska strukturer såsom kvantbrunnar i planet och kvanttrådar, supergaller, fullt fungerande transistorer, och till och med kompletta elektroniska kretsar. "

Forskarna har redan visat att korsningen interagerar med ljus mycket starkare än resten av monoskiktet, vilket är uppmuntrande för optoelektriska och fotoniska applikationer som solceller.