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美国研究人员发明无瑕疵单层半导体

  曾经有一种叫做单层半导体的原子级薄材料,引起了材料科学界的巨大反响。该单层有望促进LED透明显示、超高效太阳能电池、光电检测器及纳米级晶体管的发展。但其漏洞百出,毁掉了它的性能。

  但现在一个由美国加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室领导的研究小组,通过使用简单的有机超强酸方法修复了这些缺陷。这一化学处理使该材料的光致发光量子产率急剧增加了100倍。量子产率越高,材料质量越好。研究人员通过将材料浸入一种名为TFSI的超强酸里,提高了二硫化钼(MoS2)的量子产率,从不到1%上升到100%。

  他们的研究结果为单层材料的实际应用打开了大门,比如应用在光电器件和高性能晶体管中的二硫化钼。二硫化钼只0.7纳米的厚度,而人类DNA的直径为2.5纳米。

  主要研究者兼加州大学伯克利分校教授Ali Javey说道:“一般说来,材料越薄则更容易出现敏感的缺陷,而这个研究第一次展示了完美的单层光电,这种薄度的材料此前是闻所未闻的。”

  研究人员称,他们之所以用超强酸,是因为它们更容易以氢离子的形式获得质子。这种化学反应称为质子化,可以填充缺陷位置缺失的原子,还可以移除表面的污染物。单层半导体之所以一直受到科学家的追捧,在于它们对光的吸收很低,还能经受住任何形式的机械变形,因此可适用于透明或柔性设备。

  具体而言,二硫化钼的特点在于其通过范德华力可以将分子层键合在一起。这个如此薄的材料还具有高度的电可调性。如果这个特征应用在LED显示器中,则表现为可以通过改变施加的电压,使单个像素发出多种颜色,而不只是一个颜色。

  研究人员称,由于LED的效率直接与光致发光量子产率相关,从理论上说,使用该研究中的“完美”光电单层则可以开发出高性能的透明LED显示屏。这种处理方法对晶体管也具有革命性的潜力。(文/Yalin译)

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