Материалы MX2 составят конкуренцию графену
Сотрудничество американских и китайских исследователей принесло первые экспериментальные свидетельства сверхбыстрого переноса зарядов в фотовозбужденных материалах MX2. Измеренное время переноса сравнимо с лучшими показателями органической фотоэлектроники. Статья по результатам работы была опубликована в Nature Nanotechnology.
Монослой MX2 состоит из одиночного слоя переходного металла, такого как молибден или вольфрам, и двух слоев атомов халькогенов – элементов 16-й группы, в которую входят кислород, сера и селен. Такая гетероструктура удерживается слабыми силами межмолекулярного взаимодействия (силы Ван дер Ваальса), имеет такую же гексагональную решетку как и графен и такую же сверхбыструю электропроводность, но, в отличие от него обладает естественной запрещенной зоной.
Комбинируя различные MX2 можно осуществлять контроль за их физическими свойствами. Так, сочетание MoS2 и WS2 образует полупроводник 2-го типа для быстрого разделения зарядов – например возбужденных фотоэлектронов и дырок для получения тока в фотодетекторах или солнечных батареях.
Для полупроводников MX2 характерно очень сильное оптическое поглощение, а от органических фотоэлектрических материалов их отличают кристаллическая структура и улучшенные свойства электронного транспорта.
«Сочетая фотолюминисцентное картографирование и измерение переходного поглощения мы впервые продемонстрировали эффективный перенос зарядов в гетероструктурах MX2, – заявил Фен Ван (Feng Wang), специалист по физике конденсированных сред из Berkeley Lab и Калифорнийского университета в Беркли. – Количественно определив, что время передачи заряда составляет менее 50 фемтосекунд, наша работа говорит о большой перспективности гетероструктур MX2 для будущих приложений фотоники и оптоэлектроники, учитывая их замечательные электронные и оптические свойства и быстрый прогресс в области крупномасштабного синтеза».
Ван и его коллеги продолжают изучать микроскопические закономерности, определяющие перенос зарядов в MX2 и то, как изменяется скорость при использовании различных пар таких материалов. Предметом исследований стала и возможность управления переносом с помощью внешних электрических полей с прицелом на применение гетероструктур MX2 в фотоэлектронных устройствах.