레고와 같은 2D 이종 구조를 조립하면 구성 요소의 본질적인 특성과 매우 다른 새로운 특성과 기능이 나타날 수 있습니다.

밀도 함수 이론(DFT) 기반 밴드 구조 계산은 다양한 이종 구조의 계면 특성을 밝힐 수 있습니다.

2D 페로브스카이트/TMD 이종구조의 인터페이스 특성

다양한 2D 재료를 기반으로 한 이종 구조는 개별 재료의 특성과 크게 다를 수 있는 "새로운" 특성을 가져왔습니다. 이러한 이종 구조는 다양한 종류의 원자적으로 얇은 2D 재료를 조립하여 만들 수 있습니다.

이러한 2D 재료 계열 중 하나인 2D 페로브스카이트는 일반적인 벌크 페로브스카이트에 비해 흥미로운 광물리적 특성과 더 나은 안정성을 보여줍니다. 그러나 지금까지 2D 페로브스카이트의 근적외선(NIR)/가시광선 범위 광전자 장치 성능 측정 기준은 큰 밴드갭, 비정상적으로 높은 엑시톤 결합 에너지 및 낮은 광학 흡수와 같은 특정 고유 및 재료별 제한으로 인해 상당히 열악했습니다.

모나쉬 대학(Monash University) 연구진이 주도한 새로운 연구에서는 광학 활성 전이금속 디칼코게나이드(TMD)와 결합하여 2D 페로브스카이트의 기능을 확장하고 광전자 장치 성능을 향상시키는 방법론을 조사했습니다. 2차원 페로브스카이트와 TMD는 구조적으로 다르지만 적층된 층 사이의 반데르발스 상호작용으로 인해 깔끔한 경계면을 형성할 수 있습니다. 정확한 첫 번째 원리 계산을 사용하여 저자는 적절한 구성 요소 선택을 기반으로 광범위하게 조정될 수 있는 2D 페로브스카이트/TMD 이종 구조에서 새로운 인터페이스(밴드 정렬) 및 전송 특성이 가능하다는 것을 보여줍니다.

2 이종구조는 경계면에 입사되는 빛의 파장에 따라 달라집니다. 출처: FLEET”>

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인터페이스 속성을 정확하게 이해하기 위해 저자는 인터페이스의 격자 일치 구조를 만들고 슈퍼컴퓨팅 기능을 사용하여 메모리 집약적인 계산을 통해 해당 속성을 탐색했습니다.

특정 시스템에서 NIR/가시 밴드갭을 사용한 예측된 유형 II 정렬은 비교적 낮은 에너지에서 향상된 광 흡수를 가능하게 할 수 있습니다. 또한, 큰 밴드 오프셋과 낮은 해리 에너지를 갖는 층간 엑시톤의 가능성으로 인해 두 물질에 걸쳐 여기된 전하 캐리어의 층간 분리가 더 쉬워질 수 있습니다. 이는 더 높은 광전류를 달성하고 태양전지 효율을 향상시킬 수 있는 가능성을 제공합니다. 연구원들은 또한 터널링 전송을 달성하기 위한 발광 다이오드 및 유형 III 시스템과 같은 재결합 기반 장치를 위한 유형 I 시스템의 가능성을 예측합니다. 또한 유연한 센서의 전제 조건인 2D 페로브스카이트/TMD 이종구조에서 상당한 변형 내성을 보여줍니다.

FLEET CI A/Prof Nikhil Medhekar는 “전반적으로 이러한 발견은 계산 기반 이종 구조 선택이 특정 장치 응용 분야에 대한 고유 재료보다 더 나은 플랫폼을 제공할 수 있으며 유연한 광 센서 또는 LED와 같은 차세대 다기능 장치에 잠재력을 가질 수 있음을 보여줍니다.”라고 말했습니다. 박사 학위로 작업을 주도한 사람입니다. 학생 Abin Varghese와 박사후 연구원 Dr. Yuefeng Yin.

광생성 전류의 극성 조정

2D 이종 구조의 물리학을 더 탐구하면서 팀은 인도 IIT 봄베이의 Saurabh Lodha 교수가 이끄는 실험자들과 협력하여 아직 발견되지 않은 광전자 현상의 출현을 설명했습니다. WSe의 첫 번째 작업에서₂/SnSe₂ 이종 구조에서는 조명 시 광전류의 극성이 이종 구조의 경계면을 가로지르는 전기 전달 유형(열이온 또는 터널링)에 따라 달라지는 것으로 나타났습니다.

2/SnSe₂ 이종 구조는 빛을 사용하거나 평면 외 전기장을 적용하여 제어할 수 있으며, 이는 양성 또는 음성 광 반응성(R)으로 이어질 수 있습니다. 출처: FLEET”>

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Monash의 연구원들은 밀도 함수 이론을 기반으로 사용했습니다. 전기장 종속 밴드 구조 계산을 수행하고 이러한 관찰을 인터페이스에서의 밴드 정렬 특성에 기인했습니다. 그들은 함께, 유형 II에서 유형 III으로의 밴드 정렬의 변화가 광전류의 극성을 양극에서 음극으로 변화시키는 결과를 가져왔다는 것을 보여주었습니다.

광검출기의 성능 측면에서 응답성과 응답 시간은 중요한 지표입니다. 이 연구에서는 실제 응용을 위한 2D 재료 기반 장치의 추가 개발을 장려하는 장치 프로토타입에서 높은 음의 응답성과 빠른 응답 시간이 실험적으로 관찰되었습니다.

또 다른 헤테로 구조 흑린과 MoS로 구성₂, 실험은 광전도의 극성에 대한 조명 파장 의존성을 보여주었습니다. MoS 흡수 가장자리 위의 특정 파장에서 나타나는 음의 광전도도₂ 더 낮은 파장에서 양의 광전도도로 제어 가능하고 가역적으로 조정될 수 있습니다. 음의 광전도와 양의 광전도 사이의 교차에 대한 임계 파장은 플레이크 두께에 결정적인 의존성을 가졌습니다. Monash 연구원들이 수행한 두께 의존적 밴드 구조 계산은 특정 두께에 대한 전하 캐리어의 재결합 증가 가능성을 분명히 보여주었으며, 이는 음의 광전도도를 유도하여 결론에 도움이 되었습니다.

이러한 연구는 아직 세부적으로 연구되지 않은 광검출기의 감지 메커니즘을 제어하는 ​​새로운 방법을 보여줍니다.

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