En la última década, los materiales bidimensionales y 2D han capturado la fascinación de un número cada vez mayor de científicos. Estos materiales, cuya característica definitoria es tener un espesor de solo uno a muy pocos átomos, pueden estar hechos de una variedadde diferentes elementos o combinaciones de los mismos. El encanto de los científicos con los materiales en 2D comenzó con el experimento ganador del Premio Nobel de Andre Geim y Konstantin Novoselov: crear un material en 2D utilizando un trozo de grafito y cinta adhesiva común. Este experimento ingeniosamente simple produjo un material increíble: el grafeno.Este material ultraligero es aproximadamente 200 veces más fuerte que el acero y es un excelente conductor. Una vez que los científicos descubrieron que el grafeno tenía propiedades más impresionantes que su grafito componente en masa, decidieron investigar otros materiales 2D para ver si era una propiedad universal.
Christopher Petoukhoff, un estudiante graduado de la Universidad de Rutgers que trabaja en la Unidad de Espectroscopía de Femtosegundos en la Universidad de Posgrado del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa OIST, estudia un material 2D, hecho de disulfuro de molibdeno MoS2. Su investigación se centra en el material 2Daplicaciones optoelectrónicas, o cómo el material puede detectar y absorber la luz. La optoelectrónica es omnipresente en el mundo de hoy, desde los fotodetectores en puertas automáticas y secadores de manos, hasta células solares, luces LED, pero como cualquiera que se haya parado frente a un fregadero automáticoagitando sus manos desesperadamente para que funcione, le dirá que hay mucho margen de mejora. El 2D MoS2 es particularmente interesante para usar en fotodetectores debido a su capacidad de absorber la misma cantidad de luz que 50 nm del silicio utilizado actualmente.basadas en tecnologías, siendo 70 veces más delgadas.
Petoukhoff, bajo la supervisión del profesor Keshav Dani, busca mejorar los dispositivos optoelectrónicos agregando una capa 2D de MoS2 a un semiconductor orgánico, que tiene resistencias de absorción similares a las de MoS2. La teoría detrás del uso de ambos materiales es que la interacción entre el MoS2la capa y el semiconductor orgánico deberían conducir a una transferencia de carga eficiente. La investigación de Petoukhoff, publicada en ACS Nano , demuestra por primera vez que la transferencia de carga entre estas dos capas se produce a una escala de tiempo ultrarrápida, del orden de menos de 100 femtosegundos, o una décima parte de una millonésima de una millonésima de segundo.
Sin embargo, la delgadez de estos materiales se convierte en un factor limitante en su eficiencia como dispositivos fotovoltaicos o de conversión de energía luminosa. Los dispositivos de absorción de luz, como las células solares y los fotodetectores, requieren una cierta cantidad de espesor óptico para absorber fotones, en lugar de permitirles pasar. Para superar esto, los investigadores de la Unidad de Espectroscopía de Femtosegundos agregaron una serie de nanopartículas de plata, o una meta-superficie plasmónica, al híbrido semiconductor orgánico-MoS2 para enfocar y localizar la luz en el dispositivo.de la metasuperficie aumenta el grosor óptico del material al tiempo que aprovecha las propiedades únicas de la capa activa ultrafina, que finalmente aumenta la absorción total.
Si bien esta investigación aún está en pañales, sus implicaciones para el futuro son enormes. Las combinaciones con materiales 2D tienen el potencial de revolucionar la comercialización de los dispositivos optoelectrónicos. Los dispositivos optoelectrónicos convencionales son caros de fabricar y a menudo están hechos de elementos escasos o tóxicos, como el indio o el arsénico. Los semiconductores orgánicos tienen bajos costos de fabricación y están hechos de elementos no tóxicos y abundantes en la tierra. Esta investigación puede potencialmente mejorar el costo y la eficiencia de la optoelectrónica, lo que lleva a mejores productos en el futuro.
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Materiales proporcionado por Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa - OIST . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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