Kaksiulotteista integrointia

Heteroliitokset eri kaistaerot omaavien kolmiulotteisien puolijohteiden välillä ovat perusta nykyisille valodiodeille, diodilasereille ja nopeille transistoreille.

Luoda vastaavanlaisia heteroliitoksia erilaisten 2D puolijohteiden välille mahdollistaisi kaistojen suunnittelun kaksiulotteisen tason sisällä ja avaisi uusia mahdollisuuksia paitsi materiaalitieteille mutta myös piiritekniikalle.

Yhdysvaltain energiaministeriön Office of Sciencen rahoittama kansainvälinen tutkijaryhmä

on toteuttanut tällaisen heteroliitoksen kaksiulotteisten MoSe2 ja WSe2 puolijohteiden välille. Liitos on kasvatettu sivusuunnassa heteroepitaksialla käyttäen fyysistä höyrystyssiirtoa.

Atomitason mikroskopia paljastaa niiden rakenteen olevan vääristymätön hunajakennohila, jossa vaihdos yhdestä siirtymämetalliyhdisteestä toiseen tapahtuu rajapinnan poikki. Tällainen liitosrakenne sallii uudenlaisia laitetoimintoja, kuten in-plane transistorien ja diodien integroinnin samaan atomisesti ohueen kerrokseen.

Toisessa työssään sama ryhmä toteuttanut rakenteen, joka lupailee optista manipulointia van der Waalsin heterorakenteissa välikerroksen virityksien kautta. Tämä tapahtuisi spin-ilmiöiden avulla kaksikerroksisessa WSe2-puolijohteessa.

Eräs toinen DOE:n rahoittama tutkijaryhmä on puolestaan löytänyt kolmiulotteisen kiinteän materiaalin jossa elektronit liikkuvat kuten grafeenissa eli valon tavoin.

Tämä ominaisuus löytyy uudesta luokasta materiaaleja (Na3Bi ja Cd3As2), joilla on vahva vuorovaikutus elektronin ratojen ja elektronin spin linjauksen välillä (spin-orbit coupling).