Les particules semi-conductrices 3D offrent des propriétés 2D


Particules

Crédit photo : Pixabay / domaine public CC0

Lorsqu’il s’agit de développer une électronique de nouvelle génération, semi-conducteurs bidimensionnels ont un énorme avantage. Ils sont plus rapides, plus puissants et plus efficaces. Ils sont aussi incroyablement difficiles à faire.

Même les particules semi-conductrices tridimensionnelles ont un bord en raison de leurs surfaces géométriquement différentes – beaucoup d’entre elles. Les chercheurs de Cornell ont découvert que les jonctions sur ces bords de facettes ont des 2D qui peuvent être utilisées pour des processus photoélectrochimiques – dans lesquels la lumière est utilisée pour conduire des réactions chimiques – qui peuvent faire progresser les technologies de conversion de l’énergie solaire.

Cette recherche, dirigée par Peng Chen, professeur de chimie Peter JW Debye au College of Arts and Sciences, pourrait également bénéficier de technologies d’énergie renouvelable qui réduisent le dioxyde de carbone, convertissent l’azote en ammoniac et produisent du peroxyde d’.

L’article du groupe, « Inter-Facet Junction Effects on Particle Photoelectrodes », publié le 24 décembre dans Matériaux naturels. L’auteur principal de l’article est le postdoctorant Xianwen Mao.

Pour leur étude, les chercheurs se sont concentrés sur le vanadate de bismuth semi-conducteur, dont les particules peuvent absorber la lumière et ensuite utiliser cette énergie pour oxyder les molécules d’eau – un moyen propre de produire à la fois de l’hydrogène et de l’oxygène.

Les particules semi-conductrices elles-mêmes ont une forme anisotrope ; c’est-à-dire qu’ils ont des surfaces 3D pleines de facettes qui sont inclinées les unes par rapport aux autres et se rejoignent sur les bords de la surface des particules. Cependant, toutes les facettes ne sont pas égales. Ils peuvent avoir des structures différentes, qui à leur tour conduisent à des niveaux d’énergie et des propriétés électroniques différents.

« Parce qu’ils ont des niveaux d’énergie différents, lorsqu’ils se rejoignent sur un bord, il y a un écart, et cet écart vous donne une transition », a déclaré Chen. « Si vous aviez un métal pur, il n’aurait pas cette propriété. »

À l’aide de deux techniques d’imagerie haute résolution, Mao et Chen ont mesuré le courant photoélectrochimique et les réactions de surface à plusieurs points de chaque facette et le bord adjacent entre les deux, puis ont utilisé une analyse quantitative minutieuse des données pour cartographier les changements de transition.

Les chercheurs ont été surpris que les particules tridimensionnelles puissent en fait avoir les propriétés électroniques des matériaux bidimensionnels, dans lesquels la transition se produit progressivement sur la dite de transition près du bord où les facettes convergent – une découverte qui n’a jamais été imaginée et n’aurait pas pu être révélé sans imagerie à haute résolution.

Mao et Chen supposent que la largeur de la zone de transition est comparable à la taille de la facette. Cela offrirait peut-être aux chercheurs un moyen de « régler » les propriétés électroniques et d’adapter les particules aux processus photocatalytiques. Vous pouvez également ajuster les propriétés en modifiant la largeur des zones de transition près du bord par dopage chimique.

« La propriété électronique dépend de quelles deux facettes convergent sur un bord. Vous pouvez désormais concevoir des matériaux de manière à ce que les deux facettes que vous souhaitez se fondent. Il y a donc un principe de conception », a déclaré Chen. « Vous pouvez concevoir la particule pour de meilleures performances, et vous pouvez également doper le matériau avec une impureté, ce qui modifie les propriétés électroniques de chaque facette. Et cela change aussi la transition associée à cette transition d’interface, des possibilités supplémentaires pour les particules semi-conductrices tridimensionnelles. »


Synthèse à facettes contrôlables d’oxydes de terres rares bidimensionnels


Plus d’information:
Xianwen Mao et al., Interface Junction Effects on Particulate Photoelectrodes, Matériaux naturels (2021). DOI : 10.1038 / s41563-021-01161-6

Avec l’aimable autorisation de l’Université Cornell

Devis: Les particules semi-conductrices 3D fournissent des propriétés 2D (2022, 3 janvier), consulté le 3 janvier 2022 à partir de https://phys.org/news/2022-01-3d-semiconductor-particles-2d-properties.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. À l’exception du commerce équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif seulement.

Laisser un commentaire