Le graphène comme filtre optique intégré pour des semiconducteurs bidimensionnels

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Published on 05 May 2020

Depuis leur découverte il y a une quinzaine d’années, les matériaux bidimensionnels (2D) comme le graphène et les semiconducteurs 2D (dichalcogénures de métaux de transition ou TMD, comme MoS₂, WS₂) ne cessent de surprendre la communauté scientifique et offrent de nombreuses perspectives pour la réalisation de nouveaux (photo)transistors, lasers, photodétecteurs et capteurs épais seulement de quelques atomes. Certains de ces développements se heurtent à la complexité des spectres d’émission de lumière des TMD.

En couplant un monofeuillet de TMD à un monofeuillet de graphène, des physiciens de l’Institut de physique et Chimie des Matériaux de Strasbourg (IPCMS), de l’INSA Toulouse et du NIMS (Japon) ont démontré que le graphène agit comme un filtre optique étroit et sélectif, susceptible de « nettoyer » radicalement le spectre d’émission du TMD, dont l’émission est exclusivement intrinsèque (Figure 1). Ces résultats prennent une « dimension » supplémentaire si l’on se rappelle que le graphène est une électrode quasi-transparente, dotée d’une excellente mobilité électronique. Les hétérostructures TMD/graphène s’imposent alors comme des composants opto-électroniques 2D, utilisables dans des dispositifs luminescents contrôlés électriquement, émettant à cadence élevée (proche du TeraHertz) avec un très bon rendement (nombre de photon émis divisé par le nombre d’états excités intrinsèques formés) dépassant les 50 %.