Las viejas reglas no se aplican necesariamente al construir componentes electrónicos a partir de materiales bidimensionales, según científicos de la Universidad de Rice.

El laboratorio de Rice del físico teórico Boris Yakobson analizó híbridos que colocan materiales 2-D como el grafeno y el nitruro de boro uno al lado del otro para ver qué sucede en la frontera. Descubrieron que las características electrónicas de estos híbridos "coplanarios" difieren de los componentes más voluminosos.

Sus resultados aparecen este mes en la revista American Chemical Society. Nano letras .

Reducir la electrónica significa reducir sus componentes. Los laboratorios académicos y las industrias están estudiando cómo los materiales como el grafeno pueden permitir lo último en dispositivos delgados mediante la construcción de todos los circuitos necesarios en una capa de un átomo de espesor.

"Nuestro trabajo es importante porque las uniones de semiconductores son un gran campo, ", Dijo Yakobson." Hay libros con modelos icónicos de comportamiento electrónico que están muy bien desarrollados y se han convertido en los pilares establecidos de la industria.

"Pero todos estos son para interfaces de volumen a volumen entre metales tridimensionales, ", dijo." Ahora que la gente está trabajando activamente para fabricar dispositivos bidimensionales, especialmente con la electrónica coplanar, nos dimos cuenta de que hay que reconsiderar las reglas. Muchos de los modelos establecidos que se utilizan en la industria simplemente no se aplican ".

Los investigadores dirigidos por el estudiante graduado de Rice, Henry Yu, construyeron simulaciones por computadora que analizan la transferencia de carga entre materiales de un átomo de espesor.

"Fue un paso lógico probar nuestra teoría tanto en metales como en semiconductores, que tienen propiedades electrónicas muy diferentes, "Yu dijo." Esto hace que el grafeno, que es un metal o un semimetal, para ser precisos, disulfuro de molibdeno y nitruro de boro, que son semiconductores, o incluso sus sistemas híbridos ideales para estudiar.

"De hecho, Estos materiales se han fabricado y utilizado ampliamente en la comunidad durante casi una década. lo que hace que su análisis sea más apreciable en el campo. Es más, Ambos híbridos de grafeno-disulfuro de molibdeno y grafeno-nitruro de boro se han sintetizado con éxito recientemente. lo que significa que nuestro estudio tiene un significado práctico y se puede probar en el laboratorio ahora, " él dijo.

Yakobson dijo que los materiales 3-D tienen una región estrecha para la transferencia de carga en la unión positiva y negativa (op / n). Pero los investigadores encontraron que las interfaces 2-D creaban "una transferencia de carga altamente no localizada", y un campo eléctrico junto con ella, que aumentaba enormemente el tamaño de la unión. Eso podría darles una ventaja en aplicaciones fotovoltaicas como células solares, dijeron los investigadores.

El laboratorio construyó una simulación de un híbrido de grafeno y disulfuro de molibdeno y también consideró grafeno-nitruro de boro y grafeno en el que la mitad fue dopada para crear una unión p / n. Sus cálculos predijeron que la presencia de un campo eléctrico debería hacer que los dispositivos 2-D Schottky (unidireccionales) como transistores y diodos sean más sintonizables en función del tamaño del dispositivo en sí.

La forma en que los átomos se alinean entre sí también es importante, Dijo Yakobson. Tanto el grafeno como el nitruro de boro cuentan con celosías hexagonales, para que encajen perfectamente. Pero disulfuro de molibdeno, otro material prometedor, no es exactamente plano, aunque todavía se considera 2-D.

"Si las estructuras atómicas no coinciden, obtienes lazos colgantes o defectos a lo largo del límite, ", dijo." La estructura tiene consecuencias para el comportamiento electrónico, especialmente para lo que se llama fijación de nivel Fermi ".

El anclaje puede degradar el rendimiento eléctrico al crear una barrera de energía en la interfaz, Yakobson explicó. "Pero su barrera Schottky (en la que la corriente se mueve en una sola dirección) no cambia como se esperaba. Este es un fenómeno bien conocido para los semiconductores; es solo que en dos dimensiones, es diferente, y en este caso puede favorecer los sistemas 2-D sobre 3-D ".

Yakobson dijo que los principios presentados por el nuevo documento se aplicarán a los híbridos con patrones de dos o más parches 2-D. "Puedes hacer algo especial, pero los efectos básicos están siempre en las interfaces. Si quieres tener muchos transistores en el mismo plano, está bien, pero aún debe considerar los efectos en los cruces.

"No hay ninguna razón por la que no podamos construir rectificadores 2-D, transistores o elementos de memoria, ", dijo." Serán los mismos que usamos habitualmente en los dispositivos ahora. Pero a menos que desarrollemos un conocimiento fundamental adecuado de la física, pueden fallar en hacer lo que diseñamos o planeamos ".