(Phys.org) —Angela Hight Walker de la División de Metrología de Semiconductores y Dimensiones de PML y sus colegas han logrado medir una propiedad previamente desconocida pero esencial, la conductividad térmica, de un material ultrafino que se espera que juegue un papel importante en la rápida campo emergente de la nanoelectrónica.

El compuesto es disulfuro de molibdeno (MoS2, o "moly" para abreviar), uno de los llamados materiales 2D, aquellos en los que una dimensión tiene solo unos pocos nanómetros de espesor. El primer y más famoso miembro de esta clase es el grafeno, el conjunto de átomos de carbono en forma de alambre de gallina aislado hace solo una década. Ese logro fue la base del Premio Nobel de Física 2010. Dichos materiales son de interés cada vez más urgente para los investigadores y la industria para su uso en estructuras de dispositivos electrónicos avanzados con dimensiones de características medidas en nanómetros (mil millonésimas de metro) que pueden leer, escribir, y almacenar datos de formas bastante diferentes a las de los transistores convencionales.

Varios materiales 2D "exhiben propiedades que pueden permitir nuevos dispositivos de memoria, "según la Hoja de ruta tecnológica internacional para semiconductores que se acaba de publicar, la guía de la industria para la innovación futura. Moly, una sustancia formada por capas alternas de molibdeno y azufre, cada uno tiene un solo átomo de espesor, se muestra prometedor para la miniaturización del almacenamiento de datos más allá de los niveles actuales de memoria flash. Pero hasta hace muy poco, uno de los atributos clave de moly nunca se había medido.

"Cuando comenzamos nuestro estudio, poco se sabía sobre las propiedades térmicas de este material, "Hight Walker dice:"y, sin embargo, esa información es de vital importancia La medición de la conductividad térmica es un paso absolutamente crítico en la evaluación de un material para aplicaciones en electrónica, o en cualquier otro lugar, para esa materia."

En una publicación a principios de este año, el equipo informó las primeras mediciones de conductividad térmica en monocapas de molibdeno, no solo con muestras apoyadas en sustratos como zafiro, o interactuar con aislantes eléctricos como el óxido de hafnio, pero en muestras aisladas de molibdeno suspendidas en el espacio sobre áreas abiertas de aproximadamente 1,2 micrómetros de ancho y, por lo tanto, no se ven afectadas por las propiedades térmicas de los materiales en contacto.

"¿Qué hace que este trabajo sea particularmente significativo? "dice Hight Walker del Grupo Nanoelectrónica, "es que ahora podemos sondear realmente las propiedades físicas intrínsecas del material. Científicamente, esto es muy emocionante ".

El equipo utilizó una técnica llamada espectroscopia Raman, que implica hacer brillar una luz láser monocromática sobre la muestra de molibdeno atómicamente delgada y detectar la luz dispersa. La frecuencia de la luz dispersa depende de la forma en que el material se estira y vibra, y durante la toma de imágenes, la temperatura afecta estas vibraciones.

El grupo estudia el efecto de la temperatura de dos maneras:una calentando el ambiente de la muestra, y uno aumentando la potencia del láser sobre la muestra. Los investigadores pudieron determinar que el molibdeno es aproximadamente 100 veces menos eficiente en la conducción de calor que el grafeno. pero que su respuesta térmica se puede modelar bastante bien.

Las nuevas mediciones brindan la primera visión integral de cómo el molibdeno se ve afectado por el aumento de temperatura causado por la corriente eléctrica, luz, u otras fuentes. Los hallazgos pueden acelerar el uso de molibdeno, solo o en combinación con otros materiales 2D, en nuevos dispositivos electrónicos, u otros usos previstos, como separación de agua para la generación de hidrógeno y electrodos mejorados para baterías de iones de litio. "Al comprender cuáles son sus propiedades, podemos combinarlo con aplicaciones para aprovechar la maravilla del material, "Dice Hight Walker.

Se contempla una amplia gama de aplicaciones. "Aunque los dicalcogenuros de metales de transición (TMD) bidimensionales (2D) se han estudiado durante décadas, Los avances recientes en la caracterización de materiales a nanoescala y la fabricación de dispositivos han atraído una atención significativa en la industria de los semiconductores debido a las nuevas oportunidades para dispositivos electrónicos y optoelectrónicos 2D. "dice Gennadi Bersuker, Becario de SEMATECH.

"Con la gama de propiedades atractivas como la presencia de una banda prohibida y una alta estabilidad térmica y mecánica, Los materiales TMD han abierto nuevas oportunidades para una amplia variedad de aplicaciones, incluida la electrónica flexible y digital de bajo consumo, sensores, fotovoltaica, y espintrónica ".

Los colaboradores del proyecto incluyeron científicos de la Universidad de Notre Dame y Towson, así como de la Ecole Polytechnique Federal de Lausanne en Suiza, que proporcionó las muestras de MoS2 de muy alta calidad. El trabajo se llevó a cabo en los laboratorios de PML en Gaithersburg, MARYLAND, que cuentan con los sofisticados equipos e instrumentación necesarios para realizar las mediciones de precisión.