Ett team av forskare under ledning av North Carolina State University har funnit att staplingsmaterial som bara är en atom tjockt kan skapa halvledarkopplingar som effektivt överför laddning, oavsett om den kristallina strukturen i materialen stämmer överens - sänker tillverkningskostnaden för en mängd olika halvledaranordningar som solceller, lasrar och lysdioder.

"Detta arbete visar att genom att stapla flera tvådimensionella (2-D) material på slumpmässiga sätt kan vi skapa halvledarkopplingar som är lika funktionella som de med perfekt inriktning" säger Dr Linyou Cao, senior författare till ett papper om arbetet och en biträdande professor i materialvetenskap och teknik vid NC State.

"Detta kan göra tillverkningen av halvledaranordningar en storleksordning billigare."

För att de flesta halvledare elektroniska eller fotoniska enheter fungerar, de måste ha en korsning, där två halvledarmaterial är bundna. Till exempel, i fotoniska enheter som solceller, lasrar och lysdioder, korsningen är där fotoner omvandlas till elektroner, eller tvärtom.

Alla halvledarkorsningar är beroende av effektiv laddningsöverföring mellan material, för att säkerställa att strömmen flyter smidigt och att ett minimum av energi går förlorad under överföringen. För att göra det i konventionella halvledarkorsningar, de kristallina strukturerna i båda materialen måste matcha. Dock, som begränsar det material som kan användas, eftersom du måste se till att de kristallina strukturerna är kompatibla. Och det begränsade antalet materialmatchningar begränsar komplexiteten och utbudet av möjliga funktioner för halvledarkopplingar.

"Men vi fann att den kristallina strukturen inte spelar någon roll om du använder atomtunt, 2-D material, "Säger Cao." Vi använde molybdensulfid och volframsulfid för detta experiment, men detta är en grundläggande upptäckt som vi tror gäller för alla 2-D halvledarmaterial. Det betyder att du kan använda valfri kombination av två eller flera halvledarmaterial, och du kan stapla dem slumpmässigt men ändå få effektiv laddningsöverföring mellan materialen. "

För närvarande, att skapa halvledarkopplingar innebär att kristallina strukturer perfekt matchas mellan material - vilket kräver dyr utrustning, sofistikerade bearbetningsmetoder och användarkompetens. Denna tillverkningskostnad är en viktig anledning till att halvledarenheter som solceller, lasrar och lysdioder är fortfarande mycket dyra. Men stapling av 2-D-material kräver inte att de kristallina strukturerna matchar.

"Det är så enkelt som att stapla pappersbitar ovanpå varandra - det spelar ingen roll om papperskanterna ligger i linje, "Säger Cao.

Pappret, "Lika effektivt mellanslags excitonavslappning och förbättrad absorption i epitaxiala och icke-epitaxiella MoS2/WS2-heterostrukturer, "publicerades som ett" just accepterat "manuskript i Nano bokstäver 3 december.