La misma carga electrostática que puede poner los pelos de punta y unir globos a la ropa podría ser una manera eficiente de conducir dispositivos de memoria electrónica atómicamente delgados en el futuro, según un nuevo estudio dirigido por investigadores del Lawrence Berkeley National del Departamento de EnergíaLaboratorio Berkeley Lab.
En un estudio publicado hoy en la revista Naturaleza , los científicos han encontrado una manera de cambiar de manera reversible la estructura atómica de un material 2-D mediante la inyección o "dopaje" con electrones. El proceso utiliza mucha menos energía que los métodos actuales para cambiar la configuración de la estructura de un material.
"Mostramos, por primera vez, que es posible inyectar electrones para impulsar los cambios de fase estructural en los materiales", dijo el investigador principal del estudio, Xiang Zhang, científico principal de la División de Ciencias de Materiales de Berkeley Lab y profesor de la Universidad de California en Berkeley."Al agregar electrones a un material, la energía general aumenta y se inclina el equilibrio, lo que da como resultado que la estructura atómica se reorganice a un nuevo patrón que sea más estable. Estas transiciones de fase estructural impulsadas por el dopaje de electrones en el 2-Del límite no solo es importante en la física fundamental, sino que también abre la puerta a la nueva memoria electrónica y la conmutación de baja potencia en la próxima generación de dispositivos ultradelgados ".
Cambiar la configuración estructural de un material de una fase a otra es la característica binaria fundamental que subyace a la circuitería digital actual. Los componentes electrónicos capaces de esta transición de fase se han reducido a tamaños finos como el papel, pero todavía se consideran a granel, 3-Capas D. por científicos. En comparación, los materiales monocapa en 2-D están compuestos de una sola capa de átomos o moléculas cuyo grosor es 100.000 veces más pequeño que un cabello humano.
"La idea del dopaje de electrones para alterar la estructura atómica de un material es exclusiva de los materiales bidimensionales, que son mucho más ajustables eléctricamente en comparación con los materiales a granel tridimensionales", dijo el coautor del estudio, Jun Xiao, un estudiante graduado enLaboratorio de Zhang
El enfoque clásico para impulsar la transición estructural de los materiales implica calentar a más de 500 grados Celsius. Estos métodos requieren mucha energía y no son factibles para aplicaciones prácticas. Además, el exceso de calor puede reducir significativamente la vida útil de los componentes en los circuitos integrados.
Varios grupos de investigación también han investigado el uso de productos químicos para alterar la configuración de los átomos en los materiales semiconductores, pero ese proceso aún es difícil de controlar y no ha sido ampliamente adoptado por la industria.
"Aquí utilizamos el dopaje electrostático para controlar la configuración atómica de un material bidimensional", dijo el coautor del estudio, Ying Wang, otro estudiante graduado en el laboratorio de Zhang. "En comparación con el uso de productos químicos, nuestro método es reversible ylibre de impurezas. Tiene un mayor potencial de integración en la fabricación de teléfonos celulares, computadoras y otros dispositivos electrónicos ".
Los investigadores utilizaron ditellurida de molibdeno MoTe 2 , un semiconductor 2-D típico, y lo revistió con un líquido iónico DEME-TFSI, que tiene una capacidad ultra alta o la capacidad de almacenar cargas eléctricas.La capa de líquido iónico permitió a los investigadores inyectar electrones en el semiconductor a una densidad de cien billones a un billón por centímetro cuadrado.Es una densidad de electrones que es de uno a dos órdenes mayor en magnitud que lo que se podría lograr en materiales a granel 3-D, dijeron los investigadores.
A través del análisis espectroscópico, los investigadores determinaron que la inyección de electrones cambió la disposición de los átomos del ditellururo de molibdeno de una forma hexagonal a una monoclínica, que tiene una forma cuboide más inclinada. Una vez que los electrones se retrajeron, el cristalLa estructura volvió a su patrón hexagonal original, lo que demuestra que la transición de fase es reversible. Además, estos dos tipos de arreglos de átomos tienen simetrías muy diferentes, proporcionando un gran contraste para aplicaciones en componentes ópticos.
"Este dispositivo atómicamente delgado podría tener funciones duales, sirviendo simultáneamente como transistores ópticos o eléctricos y, por lo tanto, ampliar las funcionalidades de la electrónica utilizada en nuestra vida cotidiana", dijo Wang.
Este trabajo fue apoyado por la Oficina de Ciencia del DOE y por la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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