3D குறைக்கடத்தி துகள்கள் எவ்வாறு 2D பண்புகளை வழங்குகின்றன?

அடுத்த தலைமுறை எலக்ட்ரானிக்ஸ் உருவாக்கும் போது, ​​இரு பரிமாண குறைக்கடத்திகள் ஒரு பெரிய விளிம்பைக் கொண்டுள்ளன. அவை வேகமானவை, அதிக சக்தி வாய்ந்தவை மற்றும் திறமையானவை. அவற்றை உருவாக்குவதும் நம்பமுடியாத அளவிற்கு கடினமானது.

முப்பரிமாண குறைக்கடத்தி துகள்கள் ஒரு விளிம்பைக் கொண்டுள்ளன, அவற்றில் பல வடிவியல் ரீதியாக மாறுபட்ட மேற்பரப்புகளைக் கொண்டுள்ளன. இந்த முக விளிம்புகளில் உள்ள சந்திப்புகள் 2D பண்புகளைக் கொண்டிருப்பதை கார்னெல் ஆராய்ச்சியாளர்கள் கண்டுபிடித்துள்ளனர். இது ஒளிமின் வேதியியல் செயல்முறைகளுக்கு பயன்படுத்தப்படலாம். இதில் இரசாயன எதிர்வினைகளை இயக்க ஒளி பயன்படுத்தப்படுகிறது. இதனால் சூரிய ஆற்றல் மாற்ற தொழில்நுட்பங்களை அதிகரிக்க முடியும்.

பெங் சென் தலைமையிலான இந்த ஆராய்ச்சி, கலை மற்றும் அறிவியல் கல்லூரியின் வேதியியல் பேராசிரியரான பீட்டர் J.W. டெபி, கார்பன் டை ஆக்சைடைக் குறைக்கும், நைட்ரஜனை அம்மோனியாவாக மாற்றும் மற்றும் ஹைட்ரஜன் பெராக்சைடை உற்பத்தி செய்யும் புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றல் தொழில்நுட்பங்களால் பயனடையலாம் என்பதை ஆராய்ந்தனர்.

குழுவின் கட்டுரை, ” Inter-Facet Junction Effects on Particulate Photoelectrodes”, என்ற தலைப்பில் டிசம்பர் 24 அன்று நேச்சர் மெட்டீரியல்ஸில் வெளியிடப்பட்டது. ஆய்வறிக்கையின் முதன்மை ஆசிரியர் முதுகலை ஆய்வாளர் சியான்வென் மாவோ ஆவார்.

ஆராய்ச்சியாளர்கள் குறைக்கடத்தி பிஸ்மத் வனாடேட் மீது கவனம் செலுத்தினர், அதன் துகள்கள் ஒளியை உறிஞ்சி, பின்னர் அந்த ஆற்றலைப் பயன்படுத்தி நீர் மூலக்கூறுகளை ஆக்சிஜனேற்றம் செய்ய பயன்படுத்தப்படும். இது ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனை உருவாக்கும் ஒரு சுத்தமான வழி.

குறைக்கடத்தி துகள்கள் அனிசோட்ரோபிகல் வடிவில் உள்ளன; அதாவது, அவை முப்பரிமாண மேற்பரப்புகளைக் கொண்டுள்ளன, முழு முகங்களும் ஒன்றையொன்று நோக்கியதாகவும் மற்றும் துகள் மேற்பரப்பில் விளிம்புகளில் சந்திக்கின்றன. இருப்பினும், எல்லா அம்சங்களும் சமமாக இல்லை. அவை வெவ்வேறு கட்டமைப்புகளைக் கொண்டிருக்கலாம், அதையொட்டி, வெவ்வேறு ஆற்றல் நிலைகள் மற்றும் மின்னணு பண்புகளை விளைவிக்கும்.

“அவை ஒரு விளிம்பில் சேரும்போது வெவ்வேறு ஆற்றல் நிலைகளைக் கொண்டிருப்பதால், ஒரு பொருத்தமின்மை உள்ளது, மேலும் பொருந்தாதது உங்களுக்கு மாற்றத்தை அளிக்கிறது” என்று சென் கூறினார். “உங்களிடம் ஒரு தூய உலோகம் இருந்தால், அதற்கு இந்த பண்பு இருக்காது.” என்றும் கூறினார்

ஒரு ஜோடி உயர்-இடஞ்சார்ந்த-தெளிவுத்திறன் வரைபட நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி, மாவோ மற்றும் சென் ஆகியோர் ஒளிமின்னழுத்த மின்னோட்டம் மற்றும் மேற்பரப்பு எதிர்வினைகளை ஒவ்வொரு அம்சத்திலும், இடையில் உள்ள விளிம்பிலும் பல புள்ளிகளில் அளந்தனர், பின்னர் மாற்றங்களை வரைபடமாக்குவதற்கு கடினமான அளவு தரவு பகுப்பாய்வைப் பயன்படுத்தினர்.

முப்பரிமாணத் துகள்கள் உண்மையில் இரு பரிமாணப் பொருட்களின் மின்னணு பண்புகளைக் கொண்டிருக்கக்கூடும் என்பதைக் கண்டு ஆராய்ச்சியாளர்கள் ஆச்சரியமடைந்தனர், இதில் முகங்கள் ஒன்றிணைக்கும் விளிம்பிற்கு அருகில் மாற்றம் மண்டலம் என்று அழைக்கப்படுபவற்றின் குறுக்கே மாற்றம் படிப்படியாக நிகழ்கிறது. இது எப்போதும் இல்லாத கண்டுபிடிப்பு. கற்பனை செய்யப்பட்டது மற்றும் உயர் தெளிவுத்திறன் கொண்ட வரைபடம் இல்லாமல் வெளிப்படுத்தியிருக்க முடியாது.

மாறுதல் மண்டலத்தின் அகலம் முகத்தின் அளவோடு ஒப்பிடத்தக்கது என்று மாவோ மற்றும் சென் அனுமானிக்கின்றனர். இது ஆராய்ச்சியாளர்களுக்கு எலக்ட்ரானிக் பண்புகளை “டியூன்” செய்வதற்கும், ஒளி வினையூக்கி செயல்முறைகளுக்கு துகள்களைத் தனிப்பயனாக்குவதற்கும் ஒரு வழியைக் கொடுக்கும். இரசாயன ஊக்கமருந்து மூலம் அருகிலுள்ள விளிம்பு நிலைமாற்ற மண்டலங்களின் அகலங்களை மாற்றுவதன் மூலம் அவற்றின் பண்புகளை மாற்றியமைக்க முடியும்.

“எலக்ட்ரானிக் பண்பு ஒரு விளிம்பில் எந்த இரண்டு அம்சங்களும் ஒன்றிணைகின்றன என்பதைப் பொறுத்தது. இப்போது, ​​நீங்கள் விரும்பிய இரண்டு அம்சங்களை ஒன்றிணைக்கும் வகையில் பொருட்களை வடிவமைக்க முடியும். எனவே ஒரு வடிவமைப்பு கொள்கை உள்ளது,”  என்று சென் கூறினார். “நீங்கள் சிறந்த செயல்திறனுக்காக துகள்களை வடிவமைக்கலாம், மேலும் சில அசுத்த அணுக்கள் மூலம் பொருட்களை மாசு செய்யலாம், இது ஒவ்வொரு அம்சத்தின் மின்னணு பண்புகளையும் மாற்றுகிறது. மேலும் இது இந்த இடைமுக சந்திப்புடன் தொடர்புடைய மாற்றத்தையும் மாற்றும். இது முப்பரிமாண குறைக்கடத்தி துகள்களுக்கான கூடுதல் வாய்ப்புகளை  சுட்டிக்காட்டுகிறது.”

References:

• Carvalho, A., Trevisanutto, P. E., Taioli, S., & Neto, A. H. (2021). Computational methods for 2D materials modelling. arXiv preprint arXiv:2101.06859.
• Tongay, S., Suh, J., Ataca, C., Fan, W., Luce, A., Kang, J. S., & Wu, J. (2013). Defects activated photoluminescence in two-dimensional semiconductors: interplay between bound, charged and free excitons. Scientific reports, 3(1), 1-5.
• Ruzmetov, D., Zhang, K., Stan, G., Kalanyan, B., Bhimanapati, G. R., Eichfeld, S. M., & Ivanov, T. G. (2016). Vertical 2D/3D semiconductor heterostructures based on epitaxial molybdenum disulfide and gallium nitride. Acs Nano, 10(3), 3580-3588.
• Lee, C. Y., Zou, J., Bullock, J., & Wallace, G. G. (2019). Emerging approach in semiconductor photocatalysis: Towards 3D architectures for efficient solar fuels generation in semi-artificial photosynthetic systems. Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 39, 142-160.