领会原子级薄纳米材猜中的光诱导电流     DATE: 2019-01-09 04:30

  功能纳米材料核心(CFN)的科学家 - 美国能源部(DOE)布鲁克海文国度尝试室科学用户设备办公室 - 利用光电成像手艺研究表露在光线下的原子级薄纳米材料的电子行为。连系纳米级光学成像,这种扫描光电流显微镜手艺为理解影响这些材猜中电流(光电流)发生的过程供给了强大的东西。这种理解是提高太阳能电池,光学传感器,发光二极管(LED)和其他光电子器件机能的环节 - 电子器件依托光物质彼此感化将光转换成电信号,反之亦然。

  “任何想晓得光诱导电流若何分布在半导体上的人都将受益于这种能力,”CFN材料科学家Mircea Cotlet说道,他是5月17日高级功能材料论文的配合作者,描述了这项工作。

  当用光映照时,半导体(在金属和绝缘体之间具有电阻的材料)发生电流。由一层或几层原子构成的半导体 - 例如石墨烯,具有单层碳原子 - 对于下一代光电子学出格感乐趣,由于它们对光的敏感性能够节制地改变它们的光导电性和机械矫捷性。然而,原子级薄的半导体能够接收的光量是无限的,因而限制了材料对光的响应。

  为了加强这些二维(2D)材料的光捕捉特征,科学家在层中添加了细小的(直径10-50个原子)半导体粒子,称为量子点。获得的“夹杂”纳米材料不只接收更多的光,并且还在两种组分相遇的界面处发生彼此感化。秒速赛车经验取决于它们的尺寸和构成,光激发的量子点将电荷或能量转移到2D材料。晓得这两个过程若何影响夹杂材料在分歧光学和电学前提下的光电流响应 - 例如入射光的强度和施加的电压 - 对于设想具有针对特定使用定制的特征的光电器件是主要的。

  “光电探测器感知极低的光线,并将光线转换成电信号,”Cotlet注释道。“另一方面,太阳能电池等光伏器件接收尽可能多的光以发生电流。为了设想一种用于光电探测或光伏使用的器件,我们需要晓得这两种工艺中的哪一种。 - 充电或能量转移 - 是无益的。“

  在这项研究中,CFN科学家将原子级薄的二硫化钼与量子点连系起来。二硫化钼是过渡金属二硫属化物中的一种,半导体化合物具有夹在两个硫属元素薄层(在这种环境下为硫)之间的过渡金属(在这种环境下为钼)层。为了节制界面彼此感化,他们设想了两种量子点:一种具有有益于电荷转移的成分,另一种具有有益于能量转移的成分。纳米材料

  “这两种焦点都含有硒化镉,但此中一个焦点被硫化锌壳包抄,”CFN研究助理和第一作者李明星注释道。“壳是物理间隔物,可防止电荷转移发生。核 - 壳量子点推进能量转移,而仅焦点量子点推进电荷转移。”

  科学家们操纵CFN纳米加工设备的干净室制造夹杂纳米材料的设备。为了表征这些器件的机能,他们利用现有设备和由CFN物理学家和配合作者Percy Zahl开辟的开源GXSM仪器节制软件,利用内置光学显微镜进行扫描光电流显微镜研究。在扫描光电流显微镜中,在安装上扫描激光束,同时在分歧点丈量光电流。将所有这些点组合以发生电流“图”。因为电荷和能量转移具有分歧的电子特征,科学家们能够利用这种手艺来确定察看到的光电流响应背后的过程。

  该研究中的图显示,对于仅焦点的夹杂安装(电荷转移)和核 - 壳夹杂安装的高光照(能量转移),在低光照下光电流响应最高。这些成果表白,电荷转移对于用作光电探测器的安装长短常无益的,而且能量转移对于光伏使用是优选的。

  “仅通过光学手艺(例如光致发光寿命成像显微镜)来区分能量和电荷转移是具有挑战性的,由于这两种方式都能将发光寿命降低到类似的程度,”CFN材料科学家和配合作者Chang-Yong Nam说。“我们的研究表白,连系局部光学激发和光电流发生的光电丈量不只能够清晰地识别每个过程,还能够建议合用于每种环境的潜在光电器件使用。”

  “在CFN,我们进行了尝试,研究纳米材料若何在现实操作前提下阐扬感化,”Cotlet说。“在这种环境下,我们连系了软和生物纳米材料集团的光学专业学问,电子纳米材料集团的器件制造和电气特征专业学问,以及Interface Science和Catalysis Group的软件专业学问,以成长CFN的能力,科学家研究各类二维材猜中的光电子过程。新的扫描光电流显微镜设备此刻对CFN用户开放,我们但愿这种能力将吸引更多的用户到CFN制造和表征设备来研究和改善光电器件的机能。 “。