La propiedad definitoria de un semiconductor es su llamado bandgap:la barrera que evita que los electrones dentro de un rango de energía específico fluyan a través de un material. El profesor de ciencia e ingeniería de materiales de la Universidad King Abdullah de Arabia Saudita (KAUST), Lance Li, y su equipo colaboraron con colegas de Taiwán y utilizaron un modelo simple para determinar la alineación de la banda en una nueva y emocionante clase de semiconductores llamada transición bidimensional. -dicalcogenuros de metales (TMD).

El concepto simple de bandgap permite un solo material semiconductor, como el silicio, para realizar las operaciones requeridas por los dispositivos electrónicos; sin embargo, cuando se combinan dos o más semiconductores, el dispositivo ofrece una gama más amplia de funciones y cuenta con un rendimiento y una eficiencia mejorados. Para entender cómo se comportan tales heteroestructuras, es crucial saber cómo se alinean las bandas prohibidas de los dos materiales.

Aunque el grafeno y los TMD son todos atómicamente delgados, la falta de una banda prohibida en el grafeno limita su aplicación a la electrónica, mientras que la presencia de una banda prohibida en los TMD permite que se apilen en heteroestructuras. Está, sin embargo, Es difícil determinar experimentalmente la alineación de bandas entre estas capas porque los resultados dependen de la calidad de los TMD frágiles. Li y su equipo han demostrado ahora que el concepto conocido como modelo Anderson, un simple, forma computacionalmente económica de determinar la alineación de la banda, es aplicable a este sistema.

El modelo de Anderson asume que cuando dos semiconductores se colocan juntos, comparten un cero común en su estructura de bandas de energía conocido como nivel de vacío. La alineación de la banda prohibida se puede determinar directamente a partir de los valores calculados de las bandas prohibidas y las compensaciones. Hasta ahora, No estaba claro si esta suposición sería cierta en los TMD de capa atómica.

Li y su equipo abordaron esto midiendo la energía de la banda prohibida en tres TMD, disulfuro de molibdeno, disulfuro de tungsteno y diselenuro de tungsteno, utilizando un método llamado espectroscopia de fotoelectrones ultravioleta. Luego aplicaron el modelo de Anderson para predecir la alineación de la banda. Compararon estos valores calculados con mediciones experimentales directas de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X de heteroestructuras de disulfuro de molibdeno-disulfuro de tungsteno y disulfuro de molibdeno-tungsteno-diselenuro.

La concordancia entre los valores obtenidos por los dos métodos indicó que el modelo de Anderson es cierto. El equipo sugiere que esto se debe a las superficies únicas de van der Waals, que aseguran la ausencia de enlaces atómicos colgantes que de otra manera evitarían que los niveles de vacío en los dos materiales se alineen.

"Nuestro siguiente paso es construir heterouniones basadas en el conocimiento obtenido de la teoría, ", dice Li." Investigaremos varias heteroestructuras para diversas aplicaciones, como las células solares y los diodos emisores de luz ".