Para ajustar la banda prohibida, un parámetro clave en el control de la conductividad eléctrica y las propiedades ópticas de los semiconductores, los investigadores suelen diseñar aleaciones, un proceso en el que dos o más materiales se combinan para lograr propiedades que de otra manera no podrían lograrse con un material prístino.

Pero la ingeniería de huecos de banda de semiconductores convencionales a través de la aleación ha sido a menudo un juego de adivinanzas, debido a que los científicos no han tenido una técnica para "ver" directamente si los átomos de la aleación están dispuestos en un patrón específico, o dispersos al azar.

Ahora, como se informa en Cartas de revisión física , un equipo de investigación dirigido por Alex Zettl y Marvin Cohen, científicos superiores de la facultad de la División de Ciencias de los Materiales del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab), y profesores de física en UC Berkeley, ha demostrado una nueva técnica que podría diseñar la banda prohibida necesaria para mejorar el rendimiento de los semiconductores para la electrónica de próxima generación, como la optoelectrónica, termoeléctrica, y sensores.

Para el estudio actual, Los investigadores examinaron muestras monocapa y multicapa de un material dicalcogenuro de metal de transición (TMD) 2-D hecho de la aleación de disulfuro de renio y niobio.

Los experimentos de microscopía electrónica revelaron franjas serpenteantes formadas por átomos metálicos de renio y niobio en la estructura reticular de la aleación 2-D TMD.

Un análisis estadístico confirmó lo que el equipo de investigación había sospechado:que los átomos de metal en la aleación 2-D TMD prefieren estar adyacentes a los otros átomos de metal, "que está en marcado contraste con la estructura aleatoria de otras aleaciones TMD de la misma clase, "dijo el autor principal Amin Azizi, investigador postdoctoral en el laboratorio Zettl de UC Berkeley.

Cálculos realizados en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética (NERSC) de Berkeley Lab por Mehmet Dogan, investigador postdoctoral en el laboratorio Cohen en UC Berkeley, demostró que tal ordenamiento atómico puede modificar la banda prohibida del material.

Las mediciones de espectroscopía óptica realizadas en la fuente de luz avanzada de Berkeley Lab revelaron que la banda prohibida de la aleación 2-D TMD se puede ajustar adicionalmente ajustando el número de capas en el material. También, la banda prohibida de la aleación monocapa es similar a la del silicio, que es "perfecta" para muchas aplicaciones electrónicas y ópticas, Dijo Azizi. Y la aleación 2-D TMD tiene los beneficios adicionales de ser flexible y transparente.

A continuación, los investigadores planean explorar las propiedades optoelectrónicas y de detección de nuevos dispositivos basados ​​en la aleación 2-D TMD.