Framtiden för filmer och tillverkning kan vara i 3D, men elektronik och fotonik går 2D; specifikt, tvådimensionella halvledande material.

En av de senaste framstegen inom dessa områden handlar om molybdendisulfid (MoS2), en tvådimensionell halvledare som, medan de ofta används i smörjmedel och stållegeringar, undersöks fortfarande inom optoelektronik.

Nyligen, ingenjörer placerade ett enda lager av MoS2-molekyler ovanpå en fotonisk struktur som kallas en optisk nanokavitet gjord av aluminiumoxid och aluminium. (En nanokavitet är ett arrangemang av speglar som gör att ljusstrålar kan cirkulera i slutna banor. Dessa kaviteter hjälper oss att bygga saker som lasrar och optiska fibrer som används för kommunikation.)

Resultaten, beskrivs i artikeln "MoS2 monolayers on nanocaavities:enhancement in light-matter interaction" publicerad i april av tidskriften 2D-material , är lovande. MoS2 nanokavitet kan öka mängden ljus som ultratunna halvledande material absorberar. I tur och ordning, detta kan hjälpa industrin att fortsätta att tillverka kraftfullare, effektiva och flexibla elektroniska enheter.

"Nanoutrymmet vi har utvecklat har många potentiella tillämpningar, " säger Qiaoqiang Gan, PhD, biträdande professor i elektroteknik vid universitetet vid Buffalos School of Engineering and Applied Sciences. "Det kan potentiellt användas för att skapa mer effektiva och flexibla solpaneler, och snabbare fotodetektorer för videokameror och andra enheter. Det kan till och med användas för att producera vätebränsle genom vattendelning mer effektivt."

Ett enda lager av MoS2 är fördelaktigt eftersom till skillnad från ett annat lovande tvådimensionellt material, grafen, dess bandgapstruktur liknar halvledare som används i lysdioder, lasrar och solceller.

"I experiment, nanokavitet kunde absorbera nästan 70 procent av lasern vi projicerade på den. Dess förmåga att absorbera ljus och omvandla det ljuset till tillgänglig energi kan i slutändan hjälpa industrin att fortsätta till mer energieffektiva elektroniska enheter, sa Haomin Song, en doktorand i Gans labb och en co-lead forskare på uppsatsen.

Industrin har hållit jämna steg med efterfrågan på mindre, tunnare och kraftfullare optoelektroniska enheter, till viss del, genom att krympa storleken på halvledarna som används i dessa enheter.

Ett problem för energiskördande optoelektroniska enheter, dock, är att dessa ultratunna halvledare inte absorberar ljus lika bra som konventionella bulkhalvledare. Därför, det finns en inneboende kompromiss mellan de ultratunna halvledarnas optiska absorptionskapacitet och deras tjocklek.

Nanoutrymmet, beskrivs ovan, är en potentiell lösning på detta problem.