Кристофер Петухофф, аспирант Рутгерского университета, работающий в отделении фемтосекундной спектроскопии в Окинавском институте науки и технологий (OIST), изучает 2D-материал, сделанный из дисульфида молибдена (MoS2). Его исследования сосредоточены на оптоэлектронных применениях 2D-материала или на том, как этот материал может обнаруживать и поглощать свет. Оптоэлектроника повсеместно присутствует в современном мире, от фотоприемников в автоматических дверях и сушилках для рук до солнечных батарей и светодиодных ламп, но, как вам скажет любой, кто стоял перед автоматической мойкой, отчаянно размахивая руками, чтобы заставить ее работать. , есть много возможностей для улучшения.
2D MoS2 особенно интересен для использования в фотодетекторах из-за его способности поглощать такое же количество света, что и 50 нм применяемых в настоящее время кремниевых технологий, при этом он в 70 раз тоньше.Петухофф под руководством профессора Кешава Дани стремится улучшить оптоэлектронные устройства, добавляя двумерный слой MoS2 к органическому полупроводнику, который имеет такую же силу поглощения, как и MoS2.
Теория, лежащая в основе использования обоих материалов, заключается в том, что взаимодействие между слоем MoS2 и органическим полупроводником должно приводить к эффективному переносу заряда. Исследование Петухоффа, опубликованное в ACS Nano, впервые демонстрирует, что передача заряда между этими двумя слоями происходит в сверхбыстром масштабе времени, порядка менее 100 фемтосекунд, или одной десятой одной миллионной одной миллионной секунды.Однако тонкость этих материалов становится ограничивающим фактором их эффективности в качестве фотоэлектрических устройств или устройств преобразования световой энергии.
Светопоглощающие устройства, такие как солнечные элементы и фотодетекторы, требуют определенной оптической толщины для поглощения фотонов, а не для их прохождения. Чтобы преодолеть это, исследователи из подразделения фемтосекундной спектроскопии добавили массив наночастиц серебра или плазмонную метаповерхность к гибриду органический полупроводник-MoS2, чтобы фокусировать и локализовать свет в устройстве. Добавление метаповерхности увеличивает оптическую толщину материала, в то же время используя уникальные свойства ультратонкого активного слоя, которые в конечном итоге увеличивают общее поглощение.
Хотя это исследование все еще находится в зачаточном состоянии, его значение для будущего огромно. Комбинации с 2D-материалами могут революционизировать рыночные возможности оптоэлектронных устройств.
Обычные оптоэлектронные устройства дороги в производстве и часто изготавливаются из дефицитных или токсичных элементов, таких как индий или мышьяк. Органические полупроводники имеют низкие производственные затраты и состоят из нетоксичных элементов, богатых землей.
Это исследование потенциально может повысить стоимость и эффективность оптоэлектроники, что приведет к созданию более совершенных продуктов в будущем.