Una técnica que introduce moléculas de carbono-hidrógeno en una sola capa atómica del material semiconductor de disulfuro de tungsteno cambia drásticamente las propiedades electrónicas del material, según los investigadores de Penn State en Penn State que dicen que pueden crear nuevos tipos de componentes para la energía-dispositivos fotoeléctricos y circuitos electrónicos eficientes con este material.
"Hemos introducido con éxito las especies de carbono en la monocapa del material semiconductor", dijo Fu Zhang, estudiante de doctorado en ciencia de materiales e ingeniería, autor principal de un artículo publicado en línea hoy 26 de mayo en Avances científicos .
Antes del dopaje - agregando carbono - el semiconductor, un dicholcogenuro de metal de transición TMD, era de tipo n - conductor de electrones. Después de sustituir los átomos de carbono por átomos de azufre, el material de un átomo de espesor desarrolló un efecto bipolar, una ramificación de tipo p y una ramificación de tipo n. Esto dio como resultado un semiconductor ambipolar.
"El hecho de que pueda cambiar las propiedades dramáticamente agregando tan poco como dos por ciento atómico fue algo inesperado", Mauricio Terrones, autor principal y profesor distinguido de física, química y ciencia e ingeniería de materiales.
Según Zhang, una vez que el material está altamente dopado con carbono, los investigadores pueden producir un tipo p degenerado con una movilidad de portador muy alta. "Podemos construir uniones n + / p / n + y p + / n / p + con propiedades queno se han visto con este tipo de semiconductores ", dijo.
En términos de aplicaciones, los semiconductores se utilizan en varios dispositivos en la industria. En este caso, la mayoría de esos dispositivos serán transistores de diferentes tipos. Hay alrededor de 100 billones de transistores en una computadora portátil.
"Este tipo de material también podría ser bueno para la catálisis electroquímica", dijo Terrones. "Podría mejorar la conductividad del semiconductor y tener actividad catalítica al mismo tiempo".
Existen pocos documentos en el campo del dopaje de materiales en 2D, ya que requiere que se realicen múltiples procesos simultáneamente bajo tipos específicos de condiciones. La técnica del equipo utiliza un plasma para reducir la temperatura a la cual el metano se puede romper, dividir,- hasta 752 grados Fahrenheit. Al mismo tiempo, el plasma tiene que ser lo suficientemente fuerte como para eliminar un átomo de azufre de la capa atómica y sustituir una unidad de carbono-hidrógeno.
"No es fácil dopar monocapas, y luego medir el transporte del transportista no es trivial", dice Terrones. "Hay un punto óptimo en el que estamos trabajando. Se requieren muchas otras cosas".
Susan Sinnott, profesora y jefa del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, proporcionó cálculos teóricos que guiaron el trabajo experimental. Cuando Terrones y Zhang observaron que el dopaje del material 2D estaba cambiando sus propiedades ópticas y electrónicas, algo que nunca habían vistoantes: el equipo de Sinnott predijo el mejor átomo para manipular y predijo las propiedades, que correspondían con el experimento.
Saptarshi Das, profesor asistente de ciencias y mecánica de ingeniería, y su grupo, midieron el transporte de portadores en varios transistores con cantidades crecientes de sustitución de carbono. Observaron que la conductancia cambiaba radicalmente hasta que cambiaron completamente el tipo de conducción de negativo a positivo.
"Fue en gran medida un trabajo multidisciplinario", dice Terrones.
autores adicionales sobre el Avances científicos artículo titulado "Dopaje de carbono de monocapas WS2: reducción de banda prohibida y transporte de dopaje tipo p", incluye a los estudiantes de doctorado actuales o anteriores Yanfu Lu, Daniel Schulman, Tianyi Zhang, Zhong Lin y Yu Lei; y Ana Laura Ellias y Kazunori Fujisawa, profesores asistentes de investigación de física.
El programa de Ciencias Básicas de Energía en la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía apoyó este trabajo.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :