納米科學：科學家們為新技術創造了超薄半導體異質結構！
由不同的三維半導體形成的異質結構形成現代電子和光子器件的基礎。現在，華盛頓大學的科學家們已經成功地將兩種不同的超薄半導體 - 每一層只有一層原子厚度，比人類頭髮還薄約100,000倍 - 成為一種新的二維異質結構，可用於清潔能源和光學活性電子學。由波音傑出的徐曉東副教授領導的團隊在2月12日發表在「 科學 」雜誌上的一篇論文中宣布了這一發現。
資深作者徐和主要作者Kyle Seyler和Pasqual Rivera，他們都是華盛頓大學物理系的博士生，合成並研究了這種新型半導體三明治的光學特性，我們在這裡看到的不同於由三維半導體製成的異質結構，」徐說，他在物理系和材料科學與工程系聯合任命。「我們已經創建了一個系統來研究這些原子薄層的特殊性質，以及它們回答有關物理學的基本問題以及開發新的電子和光子技術的潛力，當半導體吸收光時，成對的正電荷和負電荷可以形成並結合在一起，形成所謂的激子。科學家長期以來一直在研究這些激子的行為，但是當這些激子在這些原子薄的材料中被壓縮到2-D極限時，就會發生令人驚訝的相互作用。
雖然傳統的半導體操縱電子電荷的流動，但這種裝置允許激子保留在「谷」中，這是一種類似於電子自旋的量子力學概念。這是開發將光與電子技術相結合的新納米技術的關鍵步驟，眾所周知，這些超薄二維半導體具有這些獨特的性能，在其他二維或三維布置中無法找到，」徐說。「但正如我們在這裡展示的那樣，當我們將這兩個層放在一起時 - 一個在另一個之上 - 這些板之間的界面成為更多新物理屬性的站點，您不會在每個層中看到它們自己或在3D版本中，徐和他的團隊想要創造和探索由兩個不同材料層組成的二維半導體異質結構的特性，他們之前對原子級薄結的研究的自然擴展，以及基於原子級薄層的納米級雷射器。半導體。通過研究雷射如何與這種異質結構相互作用，他們收集了有關原子級銳利界面物理特性的信息。
許多研究小組已經研究過單個二維片材的光學特性，」塞勒說。「我們在這裡做的是仔細地將一種材料堆疊在另一種材料之上，然後研究界面處出現的新屬性，該團隊從橡樹嶺國家實驗室的合作者那裡獲得了兩種半導體晶體，即二硒化鎢（WSe2）和二硒化鉬（MoSe2）。他們使用內部開發的設施精確地安排兩層，一層來自每個水晶，這個過程需要幾年才能完全發展，但是現在我們知道如何正確地做到這一點，我們可以在一兩周內製造新的，」徐說。
由於每層中的電子特性，使這些器件發光是一項獨特的挑戰，一旦你擁有這兩種材料，一個基本問題就是如何將兩層材料放在一起，」塞勒說。每層中的電子都具有獨特的自旋和波谷特性，「你如何定位它們 - 它們的扭轉角 - 影響它們與光的相互作用，通過對齊晶格，作者可以用雷射激發異質結構並在兩層之間產生光學活性激子，接口處的這些激子可以存儲比其他任何一層更長的數量級的谷信息，」裡維拉說。「這種長壽命可以產生令人著迷的效果，可能會帶來具有山谷功能的光學和電子應用。
現在他們可以用二維材料有效地製造半導體異質結構，徐和他的團隊希望探索一些令人著迷的物理特性，包括激子行為如何隨著層間角度的變化而變化，層間的量子特性激子和電驅動的光發射，整個行業都希望使用這些二維半導體來製造新的電子和光子器件，」徐說。「因此，我們正在嘗試研究這些新型異質結構的基本特性，例如高效雷射技術，發光二極體和光捕獲設備。這些有望用於清潔能源和信息技術應用。這非常令人興奮但是還有很多工作要做。