Los cambios sutiles en la temperatura de crecimiento alteran la forma de una aleación de cuatro componentes creada en la Universidad de Rice. La aleación se puede ajustar para alterar su banda prohibida óptica, que puede ser útil en el diseño de células solares y diodos emisores de luz. Crédito:Alex Kutana
Los científicos de la Universidad de Rice han descubierto una aleación bidimensional con una banda prohibida óptica que puede ajustarse a la temperatura utilizada para hacerla crecer.
El laboratorio de Rice del científico de materiales Pulickel Ajayan cultivó la aleación de cuatro componentes de metales de transición molibdeno y tungsteno con calcógenos, azufre y selenio en un horno de deposición de vapor químico. Descubrieron que los cambios de temperatura produjeron cambios sutiles en la forma en que los átomos se ensamblaban y también alteraron las propiedades que determinan cómo absorben y emiten la luz.
Sus experimentos se basaron en el trabajo del laboratorio del físico teórico de Rice, Boris Yakobson, que creó decenas de modelos para predecir cómo deberían funcionar varias combinaciones de los cuatro elementos.
El proceso debe ser de interés para los ingenieros que buscan hacer más pequeños, dispositivos más eficientes. Debido a que la banda prohibida cae en el rango óptico del espectro electromagnético, los investigadores dijeron que las células solares y los diodos emisores de luz podrían ser los primeros beneficiarios.
El artículo aparece como artículo de portada en el número actual de Materiales avanzados .
El equipo dirigido por el coautor principal y científico investigador de Rice, Alex Kutana, generó 152 modelos aleatorios del material que mostraban que la banda prohibida se podía ajustar de 1,62 a 1,84 electronvoltios variando la temperatura de crecimiento de 650 a 800 grados Celsius (1, 202 a 1, 472 grados Fahrenheit).
Los científicos del arroz han descubierto un Aleación de cuatro componentes con una banda prohibida óptica que puede ajustarse a la temperatura utilizada para crecer mediante la deposición de vapor químico. Una ilustración modelada por computadora se presenta en el número actual de Materiales avanzados . Crédito:Ilustración de Alex Kutana / Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH &Co. KGaA. Reproducido con permiso
El equipo experimental dirigido por Sandhya Susarla luego fabricó y probó los materiales termodinámicamente estables en un horno en incrementos de 50 grados. Los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge, dirigido por el investigador postdoctoral Jordan Hachtel, produjeron imágenes microscópicas que identificaron y detallaron la posición de cada átomo en los materiales.
"Los laboratorios han fabricado materiales bidimensionales con dos o tres componentes, pero no creemos que nadie haya probado cuatro, ", dijo el coautor e investigador postdoctoral de Rice, Chandra Sekhar Tiwary." Tener cuatro componentes nos da un grado adicional de libertad. Con menos materiales, cada ajuste que realice para cambiar la banda prohibida lo convierte en un material diferente. Ese no es el caso aquí ".
"Lo que hicimos debería ser muy útil, "agregó Susarla, un estudiante graduado de Rice. "Para aplicaciones como células solares y LED, necesitas un material que tenga una amplia brecha ".
Tiwary dijo que el material se puede ajustar para cubrir todo el espectro de luz visible, de 400 a 700 nanómetros de longitud de onda. "Ese es un rango enorme que podemos cubrir con solo cambiar esta composición, ", dijo." Si elegimos la composición correctamente, podemos alcanzar la banda prohibida correcta o el punto de emisión correcto ".
"Estos materiales son posiblemente los semiconductores 2-D más importantes debido a sus excelentes propiedades optoelectrónicas y su bajo costo, ", Dijo Kutana." Nuestros cálculos de alto rendimiento nos permitieron evitar suposiciones previas sobre cómo se comportaba la banda prohibida de la aleación. El resultado sorprendente fue la regularidad de los cambios de banda prohibida, resultando en propiedades ópticas que son útiles y predecibles ".
