调整同位素揭示了工程半导体的有前途的方法

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研究人员发现，对薄型半导体材料的同位素含量进行微小调整可以影响其光学和电子性质，可能为新型半导体设计开辟了道路。该研究由美国能源部奥克岭国家实验室（ORNL）的科学家领导。

传统上，同位素工程主要集中在增强具有三维均匀性能的所谓大块材料上。但是，ORNL领导的新研究将同位素工程的前沿推进到了2D材料的领域，这些材料的电流被限制在平坦晶体内的二维空间，并且只有几个原子厚度。2D材料具有潜力，因为其超薄的特性可以精确控制其电子性质。

研究人员通过用不同质量的钼原子生长同位素纯净的薄层二硫化钼晶体，观察到了光的颜色在光刺激下的微小变化。他们发现重同位素引起的红移表明了材料的电子结构或光学性质的改变。

研究团队还发现，在这些超薄晶体的受限维度中，声子（晶体振动）必须以意想不到的方式散射激子（光激发），导致光学带隙向光谱的红端偏移。通过调整带隙，研究人员可以使半导体吸收或发射不同颜色的光，而这种可调性对于设计新器件至关重要。

研究证实，即使在原子薄的2D半导体材料中微小的同位素质量变化也会影响其光学和电子性质。这一发现为未来的研究提供了重要基础，也指出通过同位素工程，可以调节光学和电子性质来设计新应用。

未来，研究人员计划与ORNL的高通量同位素反应堆和同位素科学与工程司合作，从这些设施获取各种高度富集的同位素前体，以生长不同同位素纯净的2D材料。他们还计划进一步研究同位素对自旋性质的影响，以应用于自旋电子学和量子发射领域。

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