Un método recién descubierto para hacer materiales bidimensionales podría conducir a propiedades nuevas y extraordinarias, particularmente en una clase de materiales llamados nitruros, dicen los científicos de materiales de Penn State que descubrieron el proceso. Este primer crecimiento de galio bidimensionalEl nitruro que utiliza la encapsulación de grafeno podría conducir a aplicaciones en láser ultravioleta profundo, electrónica y sensores de próxima generación.
"Estos resultados experimentales abren nuevas vías de investigación en materiales 2D", dice Joshua Robinson, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. "Este trabajo se centra en hacer nitruro de galio 2D, que nunca antes se había hecho".
Se sabe que el nitruro de galio en su forma tridimensional es un semiconductor de banda ancha. Los semiconductores de banda ancha son importantes para aplicaciones de alta frecuencia y alta potencia. Cuando se cultiva en su forma bidimensional, el nitruro de galio se transforma a partir deel material de intervalo de banda a un material de intervalo de banda ultra ancho, que puede triplicar de manera efectiva el espectro de energía, incluido todo el espectro ultravioleta, visible e infrarrojo. Este trabajo tendrá un impacto particular en los dispositivos electroópticos que manipulan y transmiten luz.
el grafeno es la clave
"Esta es una nueva forma de pensar sobre la síntesis de materiales 2D", dijo Zak Al Balushi, un candidato a doctorado co-asesorado por Robinson y Joan Redwing, profesor de ciencia e ingeniería de materiales e ingeniería eléctrica. Al Balushi es autor principal deun artículo que aparece en línea hoy, 29 de agosto, en el diario Materiales de la naturaleza titulado "Nitruro de galio bidimensional realizado mediante encapsulación de grafeno"
"Tenemos esta paleta de materiales 2D naturales", continuó. "Pero para expandirnos más allá de esto, tenemos que sintetizar materiales que no existen en la naturaleza. Por lo general, los nuevos sistemas de materiales son altamente inestables. Pero nuestro método de crecimiento,llamado Crecimiento encapsulado mejorado de migración MEEG, utiliza una capa de grafeno para ayudar al crecimiento y estabilizar una estructura robusta de nitruro de galio 2D ".
El grafeno se cultiva en un sustrato de carburo de silicio, que es un sustrato tecnológicamente importante que se usa ampliamente en la industria para LED, radares y telecomunicaciones. Cuando se calienta, el silicio en la superficie se descompone y deja una superficie rica en carbono que puede reconstruirse engrafeno. La ventaja de producir el grafeno de esta manera es que la interfaz donde se encuentran los dos materiales es perfectamente lisa.
Robinson cree que en el caso del nitruro de galio bidimensional, la adición de una capa de grafeno hace toda la diferencia. El grafeno, una capa de átomos de carbono de un átomo de espesor, es conocido por sus notables propiedades electrónicas y resistencia.
"Es la clave", dice Robinson. "Si intenta cultivar estos materiales de la manera tradicional, en carburo de silicio, normalmente solo forma islas. No crece en capas agradables en el carburo de silicio".
Cuando se agregan átomos de galio a la mezcla, migran a través del grafeno y forman la capa intermedia de un sándwich, con grafeno flotando en la parte superior. Cuando se agregan átomos de nitrógeno, se produce una reacción química que convierte el galio y el nitrógeno en galionitruro.
Agrega Redwing, "El proceso MEEG no solo produce láminas ultrafinas de nitruro de galio, sino que también cambia la estructura cristalina del material, lo que puede conducir a aplicaciones completamente nuevas en electrónica y optoelectrónica".
Los coautores adicionales incluyen a Ke Wang, Rafael Vila, Sarah Eichfield, Yu-Chuan Lin y Shruti Subramanian de Penn State, Ram Krishna Ghosh y Suman Datta de Notre Dame, Joshua Caldwell, Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU., Xiaoye Qin y Robert Wallace The Universityde Texas en Dallas y Dennis Paul, Physical Electronics USA.
Los fondos fueron provistos por Asahi Glass Co., Ltd, Japón, y la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. Los fondos para Al Balushi fueron provistos por el Centro de Ciencia e Ingeniería de Materiales de NSF en Penn State. Otros fondos fueron proporcionados por Alfred P. SloanFundación, el Laboratorio de Caracterización de Materiales de Penn State y el Centro de Tecnología de Sistemas de Baja Energía LEAST, financiado por Semiconductor Research Corporation y DARPA.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Investigación de Materiales de Penn State . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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