Una clase emergente de materiales atómicamente delgados conocidos como semiconductores monocapa ha generado un gran revuelo en el mundo de la ciencia de los materiales. Las monocapas son prometedoras en el desarrollo de pantallas LED transparentes, células solares de ultra alta eficiencia, detectores de fotos y transistores a nanoescala¿Su desventaja? Las películas están notoriamente plagadas de defectos, lo que mata su rendimiento.
Pero ahora un equipo de investigación, dirigido por ingenieros de la Universidad de California, Berkeley y el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, ha encontrado una manera simple de corregir estos defectos mediante el uso de un superácido orgánico. El tratamiento químico condujo a un dramático 100-el aumento del rendimiento cuántico de fotoluminiscencia del material, una relación que describe la cantidad de luz generada por el material frente a la cantidad de energía introducida. Cuanto mayor es la emisión de luz, mayor es el rendimiento cuántico y mejor es la calidad del material.
Los investigadores mejoraron el rendimiento cuántico para el disulfuro de molibdeno, o MoS2, de menos del 1 por ciento al 100 por ciento al sumergir el material en un superácido llamado bistriflimida, o TFSI.
Sus hallazgos, que se publicarán en la edición del 27 de noviembre de ciencia , abre la puerta a la aplicación práctica de materiales monocapa, como MoS2, en dispositivos optoelectrónicos y transistores de alto rendimiento. MoS2 tiene solo siete décimas de nanómetro de grosor. En comparación, una cadena de ADN humano tiene 2.5 nanómetrosen diámetro.
"Tradicionalmente, cuanto más delgado es el material, más sensible es a los defectos", dijo el investigador principal Ali Javey, profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación de UC Berkeley y científico de la facultad en Berkeley Lab ". Este estudio presenta la primera demostración deuna monocapa optoelectrónicamente perfecta, que anteriormente no se había escuchado en un material tan delgado "
Los investigadores buscaron los superácidos porque, por definición, son soluciones con una propensión a "dar" protones, a menudo en forma de átomos de hidrógeno, a otras sustancias. Esta reacción química, llamada protonación, tiene el efecto de reemplazarlos átomos faltantes en el sitio de los defectos, así como la eliminación de contaminantes no deseados atrapados en la superficie, dijeron los investigadores.
Los coautores principales del trabajo son el estudiante de doctorado de la Universidad de Berkeley, Matin Amani, el estudiante de doctorado Der-Hsien Lien y el compañero posdoctoral Daisuke Kiriya.
Señalaron que los científicos han estado buscando semiconductores monocapa debido a su baja absorción de luz y su capacidad para resistir giros, dobleces y otras formas extremas de deformación mecánica, que pueden permitir su uso en dispositivos transparentes o flexibles.
MoS2, específicamente, se caracteriza por capas moleculares unidas por las fuerzas de van der Waals, un tipo de unión atómica entre cada capa que es atómicamente afilada. Una ventaja adicional de tener un material que es tan delgado es que es altamente sintonizable eléctricamentePara aplicaciones como pantallas LED, esta característica puede permitir que se creen dispositivos donde un solo píxel podría emitir una amplia gama de colores en lugar de solo uno al variar la cantidad de voltaje aplicado.
Los autores principales agregaron que la eficiencia de un LED está directamente relacionada con el rendimiento cuántico de fotoluminiscencia, por lo que, en principio, uno podría desarrollar pantallas LED de alto rendimiento que sean transparentes cuando están apagadas y flexibles utilizando las monocapas optoelectrónicas "perfectas" producidas eneste estudio.
Este tratamiento también tiene un potencial revolucionario para los transistores. A medida que los dispositivos en los chips de computadora se hacen más pequeños y más delgados, los defectos juegan un papel más importante en limitar su rendimiento.
"Las monocapas sin defectos desarrolladas aquí podrían resolver este problema además de permitir nuevos tipos de interruptores de baja energía", dijo Javey.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Berkeley . Original escrito por Sarah Yang. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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