Los investigadores japoneses han desarrollado un nuevo método para construir grandes áreas de material semiconductor que tiene solo dos moléculas de grosor y un total de 4.4 nanómetros de alto. Las películas funcionan como transistores de película delgada y tienen posibles aplicaciones futuras en detectores químicos o electrónicos flexibles.Estos transistores de película delgada son el primer ejemplo de bicapas semiconductoras de una sola molécula creadas con procesamiento de solución líquida, un proceso de fabricación estándar que minimiza los costos.
"Queremos dar a los dispositivos electrónicos las características de las membranas celulares reales: flexibles, fuertes, sensibles y súper delgadas. Encontramos una nueva forma de diseñar bicapas semiconductoras de una sola molécula que nos permite fabricar grandes superficies, hasta 100 cuadradoscentímetros 39 pulgadas cuadradas. Pueden funcionar como transistores de película delgada de alto rendimiento y podrían tener muchas aplicaciones en el futuro ", dijo el profesor asistente Shunto Arai, el primer autor de la publicación de investigación reciente.
El profesor Tatsuo Hasegawa del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Tokio dirigió el equipo que construyó la nueva película. El avance responsable de su éxito es un concepto llamado frustración geométrica, que utiliza una forma molecular que dificulta el asentamiento de las moléculas enmúltiples capas una encima de la otra.
La película es transparente, pero las fuerzas de atracción y repulsión entre las moléculas crean un patrón de espiga organizado y repetido cuando la película se ve desde arriba a través de un microscopio. La estructura molecular general de la bicapa es altamente estable. Los investigadores creen que deberíaSer posible construir la misma estructura a partir de diferentes moléculas con diferentes funcionalidades.
Las moléculas individuales utilizadas en la película actual se dividen en dos regiones: una cabeza y una cola. La cabeza de una molécula se apila encima de otra, con sus colas apuntando en direcciones opuestas para que las moléculas formen una línea vertical. Estas doslas moléculas están rodeadas por pares idénticos de moléculas cabeza a cabeza, que juntas forman un emparedado llamado bicapa molecular.
Los investigadores descubrieron que podían evitar que las bicapas adicionales se apilaran encima construyendo la bicapa a partir de moléculas con colas de diferente longitud, de modo que las superficies de la bicapa son rugosas y desalientan naturalmente el apilamiento. Este efecto de diferentes longitudes se conoce como frustración geométrica.
Los métodos estándar para crear bicapas moleculares semiconductoras no pueden controlar el grosor sin causar grietas o una superficie irregular. La frustración geométrica de las colas de diferentes longitudes ha permitido a los investigadores evitar estas trampas y construir un cuadrado de 10 cm por 10 cm 3.9 pulgadas por 3.9 pulgadassu película utilizando el método industrial común de procesamiento de soluciones.
Las propiedades semiconductoras de la bicapa pueden dar a las películas aplicaciones en electrónica flexible o detección química.
Los semiconductores pueden cambiar entre estados que permiten que fluya la electricidad conductores y estados que evitan que la electricidad fluya aislantes. Este interruptor de encendido y apagado es lo que permite a los transistores cambiar rápidamente las imágenes mostradas, como una imagen en una pantalla LCDLa bicapa molecular única creada por el equipo de UTokyo es mucho más rápida que los transistores de película delgada de silicio amorfo, un tipo común de semiconductor utilizado actualmente en electrónica.
El equipo continuará investigando las propiedades de las bicapas de un solo molecular geométricamente frustradas y las posibles aplicaciones para la detección de químicos. Colaboradores con sede en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada, Nippon Kayaku Company Limited, Centro de Investigación de Materia Condensada y Alta EnergíaLa Organización de Investigación Aceleradora también contribuyó a la investigación.
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Materiales proporcionados por Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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