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拉伸二硫化钼晶體造出能隙可變半導體

這張放大1萬倍的圖片顯示,一個電子器件上雕刻出了高低不平的“山峰”和“山谷”,鋪在上面的二硫化钼經過拉伸後,形成了一種擁有可變能隙的人工晶體。

科技日報北京6月29日電 (記者劉園園)近日,美國斯坦福大學一科研團隊首次通過拉伸二硫化钼的晶體點陣,“扯”出能隙可以變化的半導體。利用這種半導體,科學家有望制造出能夠吸收更多光能的太陽能電池。

很多電子産品都離不開半導體。為了讓半導體為人所用,工程師必須精确地知道電子通過晶體點陣時需要耗費多少能量。這種能量計量叫做能隙,它可以幫助科學家決定哪種物質更适合執行某種電子任務。

該科研團隊所使用的二硫化钼是一種岩石水晶。這種材料本身很常見,不過斯坦福大學的機械工程師鄭曉林(音)和物理學家哈利·馬諾哈蘭證明,二硫化钼晶體點陣的排列方式賦予了它獨特的電子特質。

二硫化钼是具有單層原子結構的物質:一個钼原子連接着兩個硫原子,這種三角形晶體點陣不斷在水平面上重複,形成紙一樣的結構。二硫化钼自然岩石是多個這樣的單層結構疊在一起的結果。“從機械工程學的角度來看,單層的二硫化钼非常迷人,因為它的晶體點陣可以被極大地拉伸而不會斷裂。”鄭曉林說。

據斯坦福大學官網介紹,該科研團隊在芯片上雕刻出高低不平的“山峰”和“山谷”,在上面鋪上二硫化钼的單層原子結構,然後将二硫化钼的晶體點陣拉伸到“谷底”或“山峰”。這種拉伸改變了電子在二硫化钼晶體點陣中移動時所需要的能量,并産生了一種擁有可變能隙的人工晶體。

自2010年英國科學家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖羅夫憑借發現單層碳原子結構的石墨烯獲得諾貝爾獎後,科學家一直對單層原子結構的物質非常感興趣。2012年麻省理工大學的科學家曾在模拟實驗中拉伸二硫化钼的晶體點陣,并在理論上改變了二硫化钼的能隙。此次斯坦福大學科研團隊則通過該實驗真正實現了對二硫化钼晶體點陣的拉伸。

科研人員相信這一實驗為科學界在人工晶體結構方面的進一步創新奠定了基礎。馬諾哈蘭認為,這一研究成果将對傳感器、太陽能等多領域帶來廣泛影響。就太陽能領域而言,由于這種人工晶體結構對更大範圍的光譜都很敏感,因此具有用于制造更加高效的太陽能電池的潛力。

(來源:科技日報)

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