Tehokkaampaa optoelektroniikkaa

Kaksiulotteiset (2D) atomikiteet ja van der Waalsin heterorakenteet muodostavat kehittymässä olevan alustan ultraohuista elektronisista ja optoelektroniikan materiaaleista tuleville energiatehokkaille laitteille.

Kuitenkin useimmissa ohutkalvojen optisissa sovelluksissa on jo pitkään tehty kompromissi valo-aineen vuorovaikutuksen tehokkuuden ja puolijohdemateriaalien paksuuden välillä.

Buffalon yliopiston tutkijat ovat osoittaneet tehostettua absorbtiota ja fotoluminenssin generointia MoS2 monokerroksista, jotka yhdistetty planaariseen nano-onkaloon. Rakenne paransi yksikerroksisen MoS2:n absorbtiota lähes 70% aallonpituudella 450 nm.

Kehitystyöllä on monia mahdollisia sovelluksia luoda tehokkaampia ja joustavampia aurinkopaneeleja ja nopeampia valoilmaisimia videokameroille ja muille laitteille. Sitä voinee käyttää jopa tuottamaan vetyä polttoaineeksi veden jakamisen kautta tehokkaammin arvioivat tutkijat.

Perinteisissä valoenergian keruumenetelmissä yhden fotonin energia virittää vain yhden elektronin tai ei yhtään riippuen absorberin energia-aukosta, siirtämällä näin vain pienen osa valon energiasta sähköksi. Loput energiasta häviää lämpönä.

Mutta University of Washingtonin tutkija Xiaodong Xu työtovereineen esittävät uutta lupaava lähestymistapaa, jolla houkutella fotonit stimuloimaan useita elektroneja.

Tutkijat tekivät tämän tieteellisesti yllättävän löydön grafeenin avulla. Grafeenilla on tehokas vuorovaikutusta valon kanssa ja tutkijat kerrostivat sen kahden boorinitridikerroksen kanssa. Grafeenissa elektronit virtaavat helposti mutta boorinitridi on käytännössä eriste.

Havaittiin, että kun grafeenikerroksen hila on linjassa kerroksittaisen boorinitridin kanssa, syntyy erikoinen Moiré minikaistojen superhilarakenne, jonka ominaisuudet mahdollistavat energisoituneen fotonin siirtää energiansa jopa viidelle elektronille ja ettei yhtään jäljellä jäänyttä energiaa menetetty lämpönä.