Двумерные материалы обещают изменить оптоэлектронику
Диселенид вольфрама показал себя универсальным полупроводником, причём первые же устройства на нём оказались весьма эффективными. Оптоэлектроника на пороге перемен?
Об одинаковых достижениях заявили одновременные публикации сразу трёх групп, появившиеся в Nature Nanotechnology. Один из этих коллективов представляет Массачусетский технологический институт (США), а руководит им Пабло Харийо-Эрреро (Pablo Jarillo-Herrero).
К небольшому прямоугольнику в центре — пластинке из диселенида вольфрама — ток поступает через два золотых проводка, заставляя испускать свет (яркая область в центре). (Здесь и ниже иллюстрации Britt Baugher, Hugh Churchill.)
Всё три группы работали с диселенидом вольфрама — по сути, «двумерным» материалом типа графена, слой которого обычно имеет толщину в одну молекулу. Исследователям удалось использовать его для создания диода — одного из базовых строительных кирпичиков современной электроники.
Обычно диоды производят при помощи допирования. Варьируя допирующее вещество, можно в итоге получить полупроводниковый материал либо p-типа, либо n-типа.
Однако на сей раз лист диселенида вольфрама был допирован наполовину как материал p-типа, а наполовину — как материал n-типа. При очень близком контакте с металлическим электродом его функции можно менять, просто варьируя напряжение на электроде, что позволяет почти мгновенно превращать одну и ту же пластину то в один, то в другой тип полупроводников. Всё это, по словам г-на Харийо-Эрреро, придало конечному диоду «очень близкие к идеальным» качества.
На основе такого диода его группа изготовила три базисных типа оптоэлектронных устройств: фотодетектор, фотоэлемент (он же «солнечная батарея») и светодиод. Приборы чисто демонстрационные, от которых требуется только одно: показать возможности нового материала. Но уже сейчас они представляют большой интерес. Дело в том, что, в отличие от графена, из диселенида вольфрама хоть завтра можно производить пластины высокого качества и любых размеров. Кроме того, у этого материала безо всяких ухищрений есть своя запрещённая зона, и, меняя допирующие вещества, её можно сдвигать. Последнее, в частности, означает, что такие светодиоды могут быть любых цветов — причём опять-таки сразу, а не при помощи непростых ухищрений и косвенных методов, снижающих эффективность испускания света.
Близкая ситуация и с восприимчивостью фотоэлементов на диселениде вольфрама: при их изготовлении можно выбирать самую желательную часть солнечного спектра и оптимизировать преобразование в электричество света с нужной длиной волны. Сейчас подобных «универсальных», гибко настраиваемых материалов, по сути, нет, и их появление могло бы серьёзно изменить облик нынешней индустрии.
Экспериментальное устройство под микроскопом.
Наконец, материал прозрачен и довольно прочен, являясь при этом гибким. В теории это позволит — при достижении фотоэлементами на его основе нужного КПД — интегрировать солнечные батареи на нём в окна машин или офисных зданий.
Но как быть с тем, что селен не самый распространённый или дешёвый материал? Да и токсичность у него не та, что у кремния... Сначала о последнем: прочность и исключительно малый вес на единицу площади делают возможные потери селена из пластин нового материала чрезвычайно малыми, сравнимыми с естественной потребностью человеческого организма в этом микроэлементе. Предельно малая масса селена, необходимая для создания довольно больших листов, минимизирует общую потребность в нём, и, следовательно, опасаться дефицита этого вещества в ближайшее время не приходится.
Кирилл Болотин из Университета Вандербильта (США), не участвовавший в этом исследовании, замечает: «Пожалуй, наиболее удивительной чертой работы является то, что созданные в её ходе устройства эффективны... Возможно, подобные приборы смогут изменить то, как мы представляем себе само использование компактной оптоэлектронной элементной базы».
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Nanotechnology.
Подготовлено по материалам MIT News.
Источник: compulenta.computerra.ru.
Рейтинг публикации:
|
