Un equipo de investigadores de ciencias de los materiales de la Universidad Northwestern ha desarrollado un nuevo método para ver el movimiento dinámico de los átomos en materiales 2D atómicamente delgados. La técnica de imagen, que revela la causa subyacente detrás de la falla de rendimiento de un material 2D ampliamente utilizado, podría ayudarlos investigadores desarrollan materiales más estables y confiables para futuros dispositivos portátiles y dispositivos electrónicos flexibles.
Estos materiales 2D, como el grafeno y el borofeno, son una clase de materiales cristalinos de una sola capa con un amplio potencial como semiconductores en electrónica avanzada ultradelgada y flexible. Sin embargo, debido a su naturaleza delgada, los materiales son altamente sensiblesa entornos externos, y han luchado por demostrar estabilidad y confiabilidad a largo plazo cuando se utilizan en dispositivos electrónicos.
"Los materiales 2D atómicamente delgados ofrecen el potencial de reducir drásticamente los dispositivos electrónicos, lo que los convierte en una opción atractiva para potenciar la electrónica portátil y flexible en el futuro", dijo Vinayak Dravid, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Abraham Harris en la Escuela de Ingeniería McCormick.
El estudio, titulado "Visualización directa de la dinámica estructural inducida por el campo eléctrico en dictalcogenuros de metales de transición en monocapa", se publicó el 11 de febrero en la revista ACS Nano . Dravid es el autor correspondiente del artículo. Chris Wolverton, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales de Jerome B. Cohen, también contribuyó a la investigación.
"Desafortunadamente, los dispositivos electrónicos ahora funcionan como una especie de 'caja negra'. Aunque se pueden medir las métricas del dispositivo, se desconoce el movimiento de átomos individuales dentro de los materiales responsables de estas propiedades, lo que limita en gran medida los esfuerzos para mejorar el rendimiento", agregóDravid, quien se desempeña como director del Centro de Caracterización Atómica y Nanoescala NUANCE de la Universidad Northwestern. La investigación permite una forma de superar esa limitación con una nueva comprensión de la dinámica estructural en juego dentro de los materiales 2D que reciben voltaje eléctrico.
Sobre la base de un estudio previo en el que los investigadores utilizaron una técnica de imagen a nanoescala para observar fallas en materiales 2D causados por el calor, el equipo utilizó un método de imagen de alta resolución y escala atómica llamado microscopía electrónica para observar el movimiento de los átomos en el molibdenodisulfuro MoS2, un material bien estudiado utilizado originalmente como lubricante seco en grasas y materiales de fricción que recientemente ha ganado interés por sus propiedades electrónicas y ópticas. Cuando los investigadores aplicaron una corriente eléctrica al material, observaron su azufre altamente móvillos átomos se mueven continuamente hacia áreas vacías en el material cristalino, un fenómeno que denominaron "danza atómica".
Ese movimiento, a su vez, provocó que los límites de grano del MoS2, un defecto natural creado en el espacio donde se unen dos cristalitos dentro del material, se separen, formando canales estrechos para que la corriente viaje.
"A medida que estos límites de grano se separan, solo quedan un par de canales estrechos, lo que hace que aumente la densidad de la corriente eléctrica a través de estos canales", dijo Akshay Murthy, estudiante de doctorado en el grupo de Dravid y autor principal del estudio"Esto conduce a mayores densidades de potencia y temperaturas más altas en esas regiones, lo que finalmente conduce a fallas en el material".
"Es poderoso poder ver exactamente lo que está sucediendo en esta escala", continuó Murthy. "Usando técnicas tradicionales, podríamos aplicar un campo eléctrico a una muestra y ver cambios en el material, pero no pudimos ver qué eracausando esos cambios. Si no conoce la causa, es difícil eliminar los mecanismos de falla o evitar que el comportamiento continúe ".
Con esta nueva forma de estudiar materiales 2D a nivel atómico, el equipo cree que los investigadores podrían usar este enfoque de imágenes para sintetizar materiales que son menos susceptibles a fallas en dispositivos electrónicos. En dispositivos de memoria, por ejemplo, los investigadores podrían observar cómo las regiones dondela información almacenada evoluciona a medida que se aplica la corriente eléctrica y se adapta la forma en que esos materiales están diseñados para un mejor rendimiento.
La técnica también podría ayudar a mejorar una serie de otras tecnologías, desde transistores en bioelectrónica hasta diodos emisores de luz LED en electrónica de consumo y células fotovoltaicas que comprenden paneles solares.
"Creemos que la metodología que hemos desarrollado para monitorear cómo se comportan los materiales 2D en estas condiciones ayudará a los investigadores a superar los desafíos actuales relacionados con la estabilidad del dispositivo", dijo Murthy. "Este avance nos acerca un paso más para mover estas tecnologías del laboratorio ael mercado."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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