英國科學家透過堆疊數種不同材質的二維材料，製作出新型的發光二極體；這些材料包括：金屬性石墨烯(graphene)、絕緣性六方氮化硼(hBN)及各種過渡金屬二硫化物(transition metal dichalcogenide, TMDC)所構成的單原子層半導體。該元件表面皆可發光，且量子轉換效率高達近10%；更重要的是,該元件的異質結構只有10~40個原子的厚，因此可望應用於半透明元件(如顯示器)與軟性電子商品中。 近年來，隨著科技產品的迅速發展與日益增加的消費需求，導電性二維材料越顯熱門。二維導電材料可用來製造各種日常所需的高科技電子元件，如穿隧二極體 (tunneling diodes)、穿隧電晶體 (tunneling transistors)與光伏元件等，亦可用於新穎的應用，如低功率電子電路、低成本可撓事顯示器、感應器，甚至是可披覆於各種表面的可撓式電子元件。 最廣為人知的兩種二維導電材料為石墨烯及過渡金屬二硫化物。過渡金屬二硫化物又稱為凡德瓦結構(van der Waals structures)，化學式為MX2，其中M為過渡金屬元素，通常為鉬或鎢，而X為硫族元素，可以為硫、硒或碲。 最近，由諾貝爾物理學獎得主曼徹斯特大學的Kostya Novoselov、Andre Geim及雪菲爾大學的Alexander Tartakovskii共同領軍的研究團隊，透過堆疊上述數種不同的二維材料，製作出發光二極體，其中石墨烯為透明導電層，hBN提供穿隧位障，而不同的TMDC則扮演量子阱的角色。 該研究團隊利用「膠帶法」將二維材料剝離塊材，然後在高分子膜上堆疊出所要的異質結構。電子及電洞由兩個石墨烯電極注入夾在中間的TMDC層，當電子與電洞復合時即發出特定波長的光。該團隊採用TMDC是因為這類材料選擇多，且單原子層時具有直接能隙(其塊材為間接能隙)。 該團隊藉由選擇TMDC來調控LED的發光波長，目前發光波長介於600至800 nm，量子效率可媲美現有的有機發光二極體(organic LEDs)，而透過採用多重量子阱結構，還可進一步提升發光效率。 該研究可應用於製備具低成本的軟性顯示器與感應器, 雖然目前製成的只是概念性的元件，尺寸僅數十微米，離量產與工業化製程尚遠，但該團隊表示將研究其他能夠製備大面積LED的常規技術，如化學氣相沉積法(CMD)，希望製作出公分級的LED，以滿足商品化需求。此外，該團隊亦計畫將其LED與介電微空腔及波導整合，以便控制發光的方向及光譜特性。詳見近期的自然材料(Nature Materials) | DOI: 10.1038/nmat4205。 |