Разнородные 2D-материалы гармонично складываются, превращая фотоны в электроны.

Интерфейсы в сборках 2D-материалов могут создавать оптоэлектронные устройства, согласно Университету Монаша в Австралии, который разрабатывает их с использованием моделирования зонной структуры на основе теории функционала плотности (DFT).

«Двумерные перовскиты демонстрируют интересные фотофизические свойства и лучшую стабильность по сравнению с типичными массивными перовскитами», — говорит Монаш. «Однако до сих пор показатели производительности оптоэлектронных устройств ближнего и видимого диапазонов двумерных перовскитов были довольно низкими из-за определенных внутренних и специфических для материалов ограничений, таких как большая ширина запрещенной зоны, необычно высокие энергии связи экситонов и низкое оптическое поглощение».

Ключом к исследованию является сопряжение 2D-перовскитов с оптически активными дихалькогенидами переходных металлов (TMD). Несмотря на структурные различия, 2D-перовскиты и TDM могут образовывать чистые интерфейсы за счет тех же межслойных ван-дер-ваальсовых взаимодействий, которые удерживают вместе слои графена в графите.

Моделирование на основе суперкомпьютера в университете показывает, что новые свойства выравнивания зон и переноса возможны в двумерных гетероструктурах перовскит-ДПМ, которые можно настраивать, выбирая различные материалы с согласованной решеткой.

Было обнаружено, что определенные выравнивания с запрещенной зоной в ближнем инфракрасном и видимом диапазонах света могут увеличить оптическое поглощение «при сравнительно более низких энергиях», — сказал Монаш. «Кроме того, значительные смещения зон и возможность межслоевых экситонов с более низкими энергиями диссоциации могут привести к более легкому межслоевому разделению возбужденных носителей заряда в двух материалах».

Результатом являются более высокие фототоки и возможность повысить эффективность солнечных элементов.

Другое предсказание состоит в том, что другие межматериальные выравнивания создадут взаимодействия, излучающие свет, а дальнейшие выравнивания предложат туннельный транспорт.

Дополнительным преимуществом является то, что в таких двумерных гетероструктурах перовскит-TMD прогнозируется устойчивость к деформации, что делает возможным использование гибких датчиков.

«В целом эти результаты показывают, что выбор гетероструктур с помощью вычислений может предложить лучшие платформы, чем собственные материалы для конкретных приложений устройств, и иметь потенциал в многофункциональных устройствах следующего поколения, таких как гибкие фотодатчики или светодиоды», — сказал профессор Нихил Медхекар. который руководил работой с исследователями Абином Варгезе и Юефэн Инь.

“Оптоэлектроника ближнего инфракрасного и видимого диапазонов в двумерных гибридных гетероструктурах перовскит/дихалькогенид переходного металла” описывает работу в Advanced Materials Interfaces. Эта статья доступна полностью бесплатно и подробно описывает различные формы взаимодействия запрещенных зон.