El uso de presión para alterar las propiedades de los semiconductores se muestra cada vez más prometedor en aplicaciones como sensores infrarrojos de alto rendimiento y dispositivos de conversión de energía. Con una interfaz de cristal novedosa y poco convencional, Los investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer han permitido un ajuste más potente y dinámico del método, que inicialmente fueron pioneros en 2015.

"Una forma convencional de introducir tensión o presión en un material funcional es hacer crecer dicho material en un sustrato que es similar al material de la película en la química de los materiales pero diferente en la constante de celosía. En nuestro trabajo, rompimos con esta sabiduría convencional ", dijo Jian Shi, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en el Instituto Politécnico Rensselaer.

La investigación se detalla en "VO2 ± δ epitaxial diseñado por defectos en ingeniería de deformaciones de cristales blandos heterogéneos, "publicado en una edición reciente de Avances de la ciencia .

La investigación anterior que utilizó la deformación para alterar las propiedades de los semiconductores se ha centrado en desarrollar una interfaz epitaxial coherente entre la película y el sustrato para transferir la deformación del sustrato a la película. Por ejemplo, en ingeniería de deformaciones elásticas, la gente cultiva germanio sobre silicio, óxidos sobre óxidos, calcogenuros sobre calcogenuros.

El trabajo de Science Advances introduce un nuevo enfoque, depositar un material semiconductor diferente pero tecnológicamente importante, perovskita de haluro, sobre un sustrato de dióxido de vanadio. La perovskita de haluro tiene poco impacto en la química del sustrato de dióxido de vanadio. Pero cuando se combinan, el dióxido de vanadio y la perskovita de haluro forman una interfaz heterogénea, lo que podría permitir que la tensión se transfiera de manera efectiva al material semiconductor.

La investigación utiliza un sustrato especialmente diseñado, el dióxido de vanadio, que es capaz de una transición de fase estructural. lo que significa que cambia de estructura a diferentes temperaturas. Los investigadores utilizan la transición de fase estructural para imponer tensión sobre un semiconductor de película delgada depositada en su superficie mediante la deposición de vapor químico.

Para permitir una gran tensión en la capa semiconductora, Yiping Wang, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Shi, dióxido de vanadio modificado, añadir y eliminar átomos de oxígeno del material controlando la presión parcial de oxígeno durante la deposición de vapor químico del dióxido de vanadio a medida que crece en un cristal de zafiro.

Las matrices de nanobosques de dióxido de vanadio "diseñadas por defecto" resultantes tienen un gran cambio estructural bajo el estímulo de la temperatura, y puede moverse no a través de una sino de tres transiciones de fase, permitiéndoles ajustar con mayor precisión la cantidad de presión ejercida sobre el semiconductor.

Este enfoque poco convencional, muestra que la suavidad mecánica de los cristales semiconductores podría ser la clave del éxito de la ingeniería de deformaciones. Con un semiconductor más suave, una interfaz moderada, y un sustrato más dinámico, los investigadores pudieron modificar dinámicamente las propiedades físicas del semiconductor de manera reversible a nanoescala. Se encontró que la presión suministrada fue lo suficientemente grande como para desencadenar una transición de fase estructural y electrónica en el cristal semiconductor. Tal transición en este cristal se ha demostrado a alta presión utilizando un enfoque diferente pero tecnológicamente impráctico.