Las posibilidades para el nuevo campo de materiales bidimensionales de un espesor de capa atómica, incluido, entre otros, el grafeno, parecen casi ilimitadas. En una nueva investigación, los científicos de materiales de Penn State informan dos descubrimientos que proporcionarán unforma efectiva de "estampar" materiales 2D de alta calidad en ubicaciones precisas y superar una barrera para su uso en la electrónica de próxima generación.
En 2004, el descubrimiento de una forma de aislar una sola capa atómica de carbono - grafeno - abrió un nuevo mundo de materiales 2D con propiedades que no necesariamente se encuentran en el mundo 3D familiar. Entre estos materiales hay un gran grupo de elementos- metales de transición - que caen en el medio de la tabla periódica. Cuando los átomos de ciertos metales de transición, por ejemplo molibdeno, se colocan en capas entre dos capas de átomos de los elementos de calcogenuro, como azufre o selenio, el resultado es un tressándwich de una capa llamada dicholcogenuro de metal de transición. Los TMD han creado un gran interés entre los científicos de materiales debido a su potencial para nuevos tipos de electrónica, optoelectrónica y computación.
"En lo que nos hemos centrado en este documento es en la capacidad de fabricar estos materiales sobre grandes áreas de un sustrato precisamente en los lugares donde los queremos", dice Joshua Robinson, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. "Estos materiales son deinterés por una variedad de productos electrónicos de próxima generación, no necesariamente para reemplazar el silicio, sino para aumentar las tecnologías actuales y, en última instancia, para traer nuevas funcionalidades de chip al silicio que nunca antes habíamos tenido "
Para integrar TMDs con silicio en transistores, las compañías de chips necesitarán tener un método para colocar los átomos precisamente donde se necesitan. Ese método no ha estado disponible hasta ahora. En su documento de Materiales 2D, "Crecimiento de área selectivay el acoplamiento controlado de sustratos de los dichalcogenuros de metales de transición ", Robinson y su grupo demuestran, por primera vez, un método simple para hacer patrones precisos de materiales bidimensionales utilizando técnicas familiares para cualquier laboratorio de nanotecnología.
"Resulta que el proceso es sencillo", explica Robinson. "Hacemos girar la fotorresistencia sobre la muestra en la sala limpia, como si fueramos a comenzar a hacer un dispositivo. Puede ser cualquiera de los diversos polímeros que se utilizanen nanofabricación. Luego lo exponemos a la luz ultravioleta en las áreas deseadas, y lo desarrollamos como una fotografía. Cuando el polímero se expuso a la luz, se lava, y luego limpiamos la superficie aún más con procesos estándar de grabado con plasma.Los materiales 2D solo crecerán en las áreas que se han limpiado ".
Un segundo descubrimiento simple descrito en este trabajo que podría ayudar a avanzar en el campo de la investigación de TMD implica superar el fuerte efecto que tiene un sustrato sobre los materiales 2D cultivados en la parte superior del sustrato. En este caso, disulfuro de molibdeno, un TMD semiconductor altamente estudiado, se cultivó sobre un sustrato de zafiro utilizando técnicas típicas de deposición a base de polvo. Esto dio como resultado que las propiedades de la interfaz de zafiro / disulfuro de molibdeno controlaran las propiedades deseadas del disulfuro de molibdeno, lo que lo hace inadecuado para la fabricación del dispositivo.
"Necesitábamos desacoplar los efectos del sustrato en la capa 2D sin transferir las capas del zafiro", dice Robinson, "por lo que simplemente intentamos sumergir el material en crecimiento en nitrógeno líquido y sacarlo al aire para'crack' la interfaz. Resultó que era suficiente para separar el disulfuro de molibdeno del zafiro y acercarse al rendimiento intrínseco del disulfuro de molibdeno ".
El proceso es lo suficientemente suave como para debilitar los enlaces que conectan el material 2D al sustrato sin liberarlo por completo. El mecanismo exacto para aflojar los enlaces aún está bajo investigación, debido a la complejidad de este "proceso simple", dijo Robinson.Los dos materiales se contraen a diferentes velocidades, lo que podría hacer que se separen, pero también podría deberse a la formación de burbujas del nitrógeno líquido cuando se convierte en gas, o incluso al contacto con el vapor de agua en el aire que forma hielo en la muestra..
"Todavía estamos trabajando para comprender el mecanismo exacto, pero sabemos que funciona realmente bien, al menos con disulfuro de molibdeno", dice Robinson.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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