El descubrimiento relativamente reciente del grafeno, un material en capas bidimensional con componentes electrónicos inusuales y atractivos, propiedades ópticas y térmicas, llevó a los científicos a buscar otros materiales atómicamente delgados con propiedades únicas.

Disulfuro de molibdeno (MoS ₂ ) ha demostrado ser uno de los más prometedores. Se han propuesto dispositivos de disulfuro de molibdeno de una sola capa y pocas capas para aplicaciones electrónicas, Aplicaciones optoelectrónicas y energéticas. Un equipo de investigadores, dirigido por ingenieros de la Universidad de California, Facultad de Ingeniería Bourns de Riverside, han desarrollado otra aplicación potencial:los sensores.

"Los sensores están en todas partes ahora, incluso en teléfonos inteligentes y otros dispositivos electrónicos portátiles, "dijo Alexander Balandin, Presidente presidencial de UC y profesor de ingeniería eléctrica e informática en UC Riverside, quien es el autor principal del artículo. "Los sensores que desarrollamos son pequeños, delgada, altamente sensible y selectivo, haciéndolos potencialmente ideales para muchas aplicaciones ".

Balandin y los estudiantes de posgrado en su laboratorio construyeron sensores de gas y vapor químico atómicamente delgados a partir de disulfuro de molibdeno y los probaron en colaboración con investigadores del Instituto Politécnico Rensselaer en Troy. N.Y. Los dispositivos tienen canales bidimensionales, que son excelentes para aplicaciones de sensores debido a la alta relación superficie-volumen y la concentración de electrones ampliamente ajustable.

Los investigadores demostraron que los sensores, que ellos llaman transistores de efecto de campo de película delgada de disulfuro de molibdeno (TF-FET), puede detectar selectivamente el etanol, acetonitrilo, tolueno, vapores de cloroformo y metanol.

Los hallazgos fueron publicados en un artículo reciente, "Detección selectiva de vapores químicos con transistores de película fina MoS2 de pocas capas:comparación con dispositivos de grafeno, "en el diario Letras de física aplicada . Además de Balandin, los coautores fueron Rameez Samnakay y Chenglong Jiang, ambos Ph.D. estudiantes en el laboratorio de Balandin, y Michael Shur y Sergey Rumyantsev, ambos del Instituto Politécnico Rensselaer.

La detección selectiva no requirió funcionalización previa de la superficie a vapores específicos. Las pruebas se realizaron con los dispositivos fabricados y los dispositivos envejecidos intencionalmente. Los sensores de bisulfuro de molibdeno utilizados en el estudio se envejecieron durante dos meses porque las aplicaciones prácticas requieren que los sensores permanezcan estables y operativos durante al menos un mes.

Los sensores hechos con capas atómicamente delgadas de MoS2 revelaron una mejor selectividad para ciertos gases debido a la banda prohibida de energía electrónica en este material. lo que resultó en una fuerte supresión de la corriente eléctrica tras la exposición a algunos de los gases. Dispositivos de grafeno, desde el otro lado, demostró selectividad cuando se utilizaron las fluctuaciones de la corriente como parámetro de detección.

"Los sensores implementados con capas de MoS2 atómicamente delgadas son complementarias a los dispositivos de grafeno, que son buenas noticias, "Dijo Balandin." El grafeno tiene una movilidad de electrones muy alta, mientras que MoS2 tiene la banda prohibida de energía ".

La singularidad de los sensores de gas atómicamente delgados construidos por UC Riverside, tanto de grafeno como de MoS2, está en el uso de las fluctuaciones de corriente de baja frecuencia como señal de detección adicional. Convencionalmente, tales sensores químicos usan solo el cambio en la corriente eléctrica a través del dispositivo o un cambio en la resistencia del canal activo del dispositivo.

En un papel aparte, Los mismos investigadores demostraron el funcionamiento a alta temperatura de los transistores de película atómicamente delgada de disulfuro de molibdeno. El trabajo fue descrito en un documento, "Rendimiento a alta temperatura de los transistores de película fina MoS2:características de corriente continua y corriente de pulso-voltaje, "que se acaba de publicar en el Revista de física aplicada .

Se requieren muchos componentes electrónicos para sistemas de control y sensores para operar a temperaturas superiores a 200 grados Celsius. Los ejemplos de las aplicaciones de alta temperatura incluyen el control de motores de turbina en instrumentos aeroespaciales y de generación de energía e instrumentos de campo petrolero.

La disponibilidad de transistores y circuitos para operar a temperaturas superiores a 200 grados Celsius es limitada. Los dispositivos hechos de carburo de silicio y nitruro de galio (semiconductores convencionales) son prometedores para un funcionamiento prolongado a alta temperatura, pero aún no son rentables para aplicaciones de gran volumen. Existe la necesidad de nuevos sistemas de materiales que puedan usarse para hacer sensores de transistores de efecto de campo que funcionen a altas temperaturas.