Cuando los semiconductores atómicamente delgados se combinan en un estilo Lego, emiten luz a un voltaje más bajo, lo que puede conducir a dispositivos de bajo consumo de energía.
Si bien esta investigación se encuentra en su estado fundamental, parece prometedora para aplicaciones prácticas en optoelectrónica y telecomunicaciones.
El voltaje de un LED suele ser igual o mayor que la energía de banda prohibida por carga de electrones. Un equipo de investigadores de la Universidad de Manchester, Universidad de Varsovia, el Laboratorio de Alto Campo Magnético en Grenoble y el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales en Japón han podido demostrar LED que se encienden a voltajes mucho más bajos.
La idea de apilar capas de diferentes materiales para hacer las llamadas heteroestructuras se remonta a la década de 1960, cuando se investigó el arseniuro de galio semiconductor para fabricar láseres en miniatura, que ahora se utilizan ampliamente.
Hoy dia, Las heteroestructuras son comunes y se utilizan de manera muy amplia en la industria de los semiconductores como herramienta para diseñar y controlar las propiedades electrónicas y ópticas de los dispositivos.
Más recientemente, en la era de los cristales bidimensionales (2-D) atómicamente delgados, como el grafeno, han surgido nuevos tipos de heteroestructuras, donde capas atómicamente delgadas se mantienen juntas por fuerzas de van der Waals relativamente débiles.
Las nuevas estructuras apodadas 'heteroestructuras de van der Waals' abren un enorme potencial para crear numerosos materiales de diseño y dispositivos novedosos al apilar cualquier cantidad de capas atómicamente delgadas. Cientos de combinaciones se vuelven posibles de otra manera inaccesibles en materiales tridimensionales tradicionales, potencialmente dando acceso a nuevas funciones de dispositivos optoelectrónicos inexplorados o propiedades de materiales inusuales.
Hay muchos experimentos realizados por varios grupos de investigación en el mundo, que se centran en las propiedades de emisión de luz de los dicalcogenuros de metales de transición. Sin embargo, a menudo, estos estudios se realizan puramente por medios ópticos. Para aplicaciones prácticas, La emisión de luz activada eléctricamente es más deseable.
"Es fascinante cómo agregar un solo material atómicamente delgado puede cambiar las propiedades de un dispositivo de manera tan dramática. Este es el poder de las heteroestructuras de van der Waals en acción, "dice el Dr. Aleksey Kozikov, Instituto Nacional de Grafeno.
Como se publicó en Comunicaciones de la naturaleza , el equipo dirigido por el Dr. Aleksey Kozikov, El profesor Kostya Novoselov y el profesor Marek Potemski pudieron hacer esto utilizando electricidad. Unieron electrones y agujeros que se encuentran en diferentes dicalcogenuros de metales de transición, los denominados excitones de capa intermedia. Los investigadores crearon condiciones experimentales cuando estos excitones se recombinan de forma no radiativa, Efecto barrena. La energía liberada se transfiere a otros portadores que luego pueden pasar a estados de mayor energía. Como resultado, Los portadores de carga cuya energía era originalmente demasiado baja para superar la banda prohibida del material ahora pueden cruzar fácilmente esta barrera potencial, recombinar y emitir luz. Este efecto se llama conversión ascendente.
Los electrodos de grafeno se utilizan para inyectar eléctricamente portadores de carga a través de nitruro de boro hexagonal apilado en una heteroestructura en disulfuro de molibdeno (MoS 2 ) y diselenuro de tungsteno (WSe 2 ). Cambiar la distancia entre estos dicalcogenuros de metales de transición mediante la adición de nitruro de boro en el medio permite ajustar los LED de una operación normal a una operación de bajo voltaje y observar el efecto de la conversión ascendente.
Desde el punto de vista fundamental, los efectos observados marcan un paso importante hacia la realización de la condensación de excitones y la superfluidez de las heteroestructuras de van der Waals.
Dr. Johannes Binder, el primer autor del artículo, de la Universidad de Varsovia dijo:"Cuando comenzamos a medir el primer MoS 2 / WSe 2 dispositivos nos sorprendió mucho observar emisiones a voltajes aplicados tan bajos. Esta emisión de conversión ascendente muestra de manera impresionante la importancia de los procesos de Auger para los excitones entre capas en las heteroestructuras de van der Waals. Nuestros hallazgos arrojan más luz sobre la física en el régimen de alta densidad de portadores, en gran parte inexplorado, que es crucial para aplicaciones optoelectrónicas, así como para fenómenos fundamentales como la condensación de excitones entre capas ".
El Dr. Aleksey Kozikov agregó:"Es fascinante cómo agregar un solo material atómicamente delgado puede cambiar las propiedades de un dispositivo de manera tan dramática. Este es el poder de las heteroestructuras de van der Waals en acción".
