El molibdeno / azufre bidimensional es una red hexagonal cuando se ve desde arriba, pero cuando se ve de borde, como es aqui, su forma de tres capas es evidente. Cuando dos hojas del material se encuentran, aparecen dislocaciones tridimensionales en los límites del grano. Cuando las hojas se encuentran en un ángulo de 60 grados, esos límites son metálicos, y conductivo. Crédito:Grupo Yakobson / Universidad Rice
(Phys.org) —Una nueva estructura de material predicha en la Universidad de Rice ofrece la tentadora posibilidad de una ruta de señal más pequeña que los nanocables para la electrónica avanzada que ahora se está desarrollando en Rice y en otros lugares.
El físico teórico Boris Yakobson y el becario postdoctoral Xiaolong Zou estaban investigando las propiedades a escala atómica de materiales bidimensionales cuando descubrieron para su sorpresa que una formación en particular, un límite de grano en disulfuros metálicos, crea una trayectoria metálica, y por lo tanto conductora, de solo una fracción de nanómetro de ancho.
Ese es básicamente el ancho de una cadena de átomos, Dijo Yakobson.
El descubrimiento informado esta semana en la revista American Chemical Society Nano letras surgió de una investigación de cómo los átomos se relacionan energéticamente entre sí y forman defectos topológicos en semiconductores bidimensionales. En un trabajo reciente, El grupo de Yakobson ha analizado defectos en el grafeno, la hoja de carbono de un solo átomo que está bajo un intenso escrutinio por laboratorios de todo el mundo.
Pero el grafeno plano no tiene banda prohibida; los electrones fluyen directamente. "Hay un gran esfuerzo para abrir una brecha en el grafeno, pero esto no es facil "dijo Yakobson, Karl F. Hasselmann, profesor de Rice de Ingeniería Mecánica y Ciencia de los Materiales y profesor de química. "La gente está intentando de diferentes formas, pero ninguno de ellos es sencillo. Esto motivó la búsqueda de otros materiales bidimensionales ".
Una ilustración animada muestra la disposición precisa de los átomos en una posible dislocación en molibdeno / azufre bidimensional. Las dislocaciones ocurren cuando dos floraciones crecientes de material se unen en diferentes ángulos en la deposición de vapor químico. En un ángulo específico, las líneas a lo largo de las cuales se forman estas dislocaciones pueden volverse conductoras. Crédito:Xiaolong Zou / Rice University
Los materiales de molibdeno / azufre (o tungsteno / azufre) se están volviendo interesantes para los científicos porque tienen una banda prohibida natural útil, aproximadamente dos electronvoltios en el caso de molibdeno / azufre. Y aunque técnicamente son materiales bidimensionales, las energías en juego fuerzan a sus átomos a colocarse en una disposición escalonada.
"Es más complejo que el grafeno, "Dijo Yakobson." Hay una capa de metal en el medio, con átomos de azufre arriba y abajo, pero están completamente conectados por enlaces covalentes en una celosía de panal, por lo que es un compuesto ".
La deposición de vapor químico se usa típicamente para cultivar tal material; a altas temperaturas, los átomos (como el carbono del grafeno) se alinean y forman láminas. Pero cuando dos de esas flores aparecen y se encuentran, no necesariamente se alinean. Donde se fusionan, forman lo que se llama "límites de grano, "similar a las vetas de la madera que se unen en ángulos incómodos. (Piense en una rama que se encuentra con el tronco de un árbol). Esos límites de las vetas afectan las propiedades eléctricas del material fusionado.
Zou calculó esas propiedades basándose en las energías atómicas de los elementos. Al mirar los lazos elementales, los investigadores encontraron las "dislocaciones" esperadas donde las energías fuerzan a los átomos a salir de sus patrones regulares. "Donde las sábanas se encuentran, no pueden tener una estructura de celosía ideal, para que tengan estos puntos, las dislocaciones. Cada límite de grano es solo una serie de estas dislocaciones, "Dijo Yakobson.
Fue solo una coincidencia que las dislocaciones tomaran formas de dreidel para un artículo publicado durante Hanukkah, él dijo.
"Encontramos orden en esta complejidad y caos, las estructuras exactas que son posibles en los límites del grano y los tipos de dislocaciones, " él dijo.
Las hojas crecientes de molibdeno / azufre pueden encontrarse en cualquier ángulo, y aunque las láminas son semiconductoras, the boundaries between them generally stop electrical signals in their tracks. But at one particular angle—60 degrees—the periodic dislocations are close enough to pass signals on from one to the next along the length of the boundary. "Básicamente, they're metallic in this direction, " Yakobson said.
"So in the middle of these domains of semiconducting material, you have this boundary line that carries current in one direction, como un alambre. And it's only a few angstroms wide, " él dijo.
"Metal disulfides may be promising for future electronic devices based on materials with reduced dimensions, " Zou said. "It is important to understand the effects of topological defects on the electronic properties as we push toward post-silicon devices."
