Panduan
Baru-baru ini, tim peneliti ilmiah dari Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley (Lab Berkeley) Departemen Energi AS secara akurat mengukur celah pita dari bahan semikonduktor molibdenum disulfida (MoS2) dua dimensi, dan juga mengungkapkan mekanisme penyetelan yang kuat dan bahan dua dimensi Hubungan antara sifat elektronik dan optik.
Kata kunci
Bahan dua dimensi, sensor, semikonduktor
Latar Belakang
Materi dua dimensi telah menjadi perbatasan yang sangat menjanjikan dalam komunitas ilmiah. Bahan ini sangat tipis dan ringan, serta memiliki sifat listrik dan optik yang sangat baik. Bahan dua dimensi yang khas adalah graphene, boron nitride, senyawa logam transisi (molibdenum disulfida, tungsten disulfida, tungsten diselenida), fosfor hitam dan sebagainya. Ilmuwan dari seluruh dunia berbondong-bondong ke bidang yang sedang berkembang ini untuk menemukan cara menemukan sifat luar biasa dari bahan dua dimensi.
Saat ini, material dua dimensi banyak digunakan di berbagai bidang teknologi, seperti semikonduktor, elektronik fleksibel, teknologi wearable, energi matahari, Internet of Things, perangkat keras pintar, elektronik cetak, komunikasi, dll. Penulis juga telah mengenalkannya di banyak artikel. Tetapi karena struktur dasarnya sendiri sangat kecil, maka sulit untuk dibuat dan diukur, dan cocok dengan bahan lain. Oleh karena itu, seiring dengan penelitian dan pengembangan material dua dimensi yang terus meningkat, bagaimana memisahkan, memperbaiki, dan memanipulasi properti terbaiknya dengan lebih baik, masih banyak area yang tidak diketahui dalam komunitas ilmiah, menunggu eksplorasi lebih lanjut.
Inovasi
Baru-baru ini, tim peneliti Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley (Lab) Departemen Energi AS (termasuk peneliti dari Cavry Energy Nanoscience Institute, University of California Berkeley, dan Arizona State University) secara akurat mengukur bahan semikonduktor dua dimensi. Molibdenum sulfida (MoS2) yang sebelumnya dikaburkan karakteristiknya: celah pita. Pada saat yang sama, tim juga mengungkap mekanisme penyetelan yang kuat dan hubungan antara sifat elektronik dan optiknya.
(Sumber gambar: Marilyn Chung / Berkeley Lab)
Untuk mengintegrasikan material satu lapis ini dengan lebih baik ke perangkat elektronik, para insinyur ingin mengetahui "celah pita". Sederhananya, celah pita adalah energi minimum yang dibutuhkan untuk menjauhkan elektron dari atom yang digabungkannya. Kemudian, elektron dapat bergerak bebas di dalam material, membentuk arus yang mengalir melalui kawat. Menyerap cahaya dapat memberikan energi yang cukup untuk elektron, misalnya, untuk mengubah suatu material menjadi keadaan konduktif.
(Sumber gambar: Marilyn Chung / Berkeley Lab)
Pada 25 Agustus, para peneliti menerbitkan sebuah makalah di jurnal Physical Review Letters, menjelaskan bahwa mereka mengukur celah pita dari satu lapisan molibdenum disulfida, yang secara teoritis sangat sulit untuk diprediksi secara akurat. Mereka menemukan bahwa nilai terukur 30% lebih tinggi dari nilai yang diharapkan berdasarkan eksperimen sebelumnya. Mereka juga menghitung bagaimana celah pita berubah dengan kerapatan elektron. Fenomena ini juga disebut "renormalisasi celah pita."
Kaiyuan Yao, penulis utama makalah ini dan seorang mahasiswa pascasarjana di University of California, Berkeley dan Berkeley Lab, menyatakan:
"Makna terpenting dari pekerjaan ini adalah menemukan celah pita. Ini memberikan panduan yang sangat penting bagi semua insinyur perangkat optoelektronik. Mereka ingin memandu apa itu celah pita, sehingga dapat membandingkan bahan dua dimensi dengan bahan dan komponen lain di perangkat. Hubungkan dengan benar. "
teknologi
Sangat sulit untuk mendapatkan hasil pengukuran dari celah pita langsung. Karena ada yang disebut " Efek kegembiraan Efek ini disebabkan pasangan yang kuat antara elektron dan lubang. Lubang ini adalah kekosongan yang tersisa di sekitar atom tempat elektron awalnya berada. Kekuatan efek ini dapat melindungi pengukuran celah pita.
Menurut Nicholas Borys, seorang ilmuwan proyek dan peserta penelitian di Laboratorium Molekuler Foundry Berkeley Lab, penelitian ini juga memecahkan masalah bagaimana menyetel sifat optik dan elektronik dari bahan dua dimensi. Borys menyatakan:
"Kekuatan sebenarnya dari teknologi kami terletak pada perbedaan antara properti optik dan elektronik, yang telah menjadi landasan penting komunitas fisika."
Molecular Foundry adalah fasilitas yang terbuka untuk komunitas ilmiah dan didedikasikan untuk penciptaan dan eksplorasi nanomaterial. Tim menggunakan beberapa alat di pengecoran molekuler untuk membantu melakukan penelitian ini.
(Sumber gambar: Berkeley Lab)
Para peneliti mempelajari teknologi pengecoran molekuler yang digunakan dalam molibdenum disulfida lapisan tunggal, yang juga dikenal sebagai " Eksitasi fotoluminesensi "Spektroskopi (PLE). Para peneliti mengatakan itu membawa aplikasi baru pada material di sekitar kita, seperti biosensor ultra-sensitif dan transistor yang lebih kecil. Ini juga menunjukkan bahwa presisi serupa dapat dilakukan pada material dua dimensi lainnya. Penentuan posisi dan pengoperasian.
(Sumber gambar: Marilyn Chung / Berkeley Lab)
Tim peneliti mengukur Exciton dan celah pita Sinyal, dan kemudian memilah sinyal individu tersebut. Para ilmuwan menyesuaikan kerapatan elektron dalam sampel dengan mengubah tegangan yang diterapkan pada lapisan silikon bermuatan di bawah lapisan molibdenum disulfida tunggal, dengan demikian mengamati bagaimana cahaya diserap oleh elektron dalam sampel molibdenum disulfida.
(Sumber gambar: Berkeley Lab)
Para peneliti melihat sedikit "tabrakan" selama pengukuran. Mereka menyadari bahwa itu adalah pengukuran langsung dari celah pita, dan melalui banyak eksperimen lain, mereka mempelajari cara menyetel celah pita dengan mengubah kerapatan elektron dalam material. .
nilai
Selama penelitian ini, James Schuck, direktur Departemen Pencitraan dan Operasi Nanostructure di Molecular Foundry, mengatakan:
"Tuning besar semacam ini benar-benar membuka wawasan orang."
Menurut Schuck, profesor saat ini di Universitas Columbia:
"Karena kita dapat melihat tepi celah pita dan kegembiraan pada saat yang sama, kita dapat memahaminya secara terpisah dan memahami hubungan di antara keduanya. Hasilnya adalah semua karakteristik ini saling bergantung."
Schuck juga menyebutkan bahwa molybdenum disulfide "sangat sensitif terhadap lingkungan lokalnya", yang menjadikannya kandidat untuk serangkaian sensor. Karena sangat sensitif terhadap efek optik dan elektronik, ia dapat mengubah cahaya menjadi sinyal listrik dan sebaliknya.
Schuck mengatakan tim berharap untuk menggunakan serangkaian metode teknis dalam pengecoran molekuler untuk membuat jenis lain dari bahan lapisan tunggal dan sampel dua dimensi berlapis-lapis yang ditumpuk, dan pada akhirnya mengukur celah pita mereka. Dia berkata:
"Saat ini, tidak ada yang tahu celah pita dari beberapa bahan lain."
Tim juga memiliki keahlian untuk menggunakan jubah nano untuk memetakan properti elektronik dari sampel yang diberikan.
Borys menambahkan:
"Tentu saja kami berharap bahwa penelitian ini akan meletakkan dasar untuk penelitian masa depan sistem semikonduktor dua dimensi lainnya."
Referensi
[1]
[2]
Untuk teknologi paling mutakhir dan produk inovatif, silakan ikuti akun publik WeChat: IntelligentThings, atau hubungi WeChat pribadi penulis: JohnZh1984
- Dengan tatapan bingung, gadis Chaoshan berkata, biarkan aku membersihkan mangkuk di tempat tidur, ada apa!
- Tidak perlu baterai! Benang baru tersebut dapat menghasilkan listrik dari gelombang laut dan fluktuasi suhu
- Raja angin super kuat "Manggis" kemungkinan besar akan menyerang Delta Sungai Mutiara ke Guangdong Barat! Level 14 terkuat "Bai Li Jia" akan mencapai Yue Qiong besok
- Panjang tubuhnya lebih dari 5,3 meter, dan penampilannya sangat mengejutkan, bahkan supercar Dongying di sebelahnya dikalahkan.
- Volkswagen menambahkan sedikit material pada mobil ini dan mengubahnya menjadi sedan andalan global, yang diharapkan lebih mahal dari Magotan.
- 1,5T + gandar depan penyangga pegas bersama bola ganda, dari 286.800 menjadi kendaraan paling menarik bagi kaum muda di BBA
- Kota giok berusia seabad, gameplay baru, menggunakan siaran langsung Taobao untuk menciptakan keajaiban, penjualan online melebihi 100 juta dalam satu bulan
- Setelah menarik H6 dari altar, penggerak empat roda 1,8T + lahir dengan gen peledak, yang bisa disebut terminator harga