Un método recientemente descubierto para fabricar materiales bidimensionales podría conducir a propiedades nuevas y extraordinarias, particularmente en una clase de materiales llamados nitruros, dicen los científicos de materiales de Penn State que descubrieron el proceso. Este primer crecimiento de nitruro de galio bidimensional utilizando encapsulación de grafeno podría dar lugar a aplicaciones en láseres ultravioleta profundos, electrónica y sensores de próxima generación.

"Estos resultados experimentales abren nuevas vías de investigación en materiales 2D, "dice Joshua Robinson, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. "Este trabajo se centra en la fabricación de nitruro de galio 2D, que nunca se ha hecho antes ".

Se sabe que el nitruro de galio en su forma tridimensional es un semiconductor de banda ancha. Los semiconductores de banda ancha son importantes para alta frecuencia, aplicaciones de alta potencia. Cuando se cultiva en su forma bidimensional, el nitruro de galio se transforma de un material de banda ancha a un material de banda ultra ancha, triplicar efectivamente el espectro de energía en el que puede operar, incluyendo todo el ultravioleta, espectro visible e infrarrojo. Este trabajo tendrá un impacto particular en los dispositivos electroópticos que manipulan y transmiten luz.

"Esta es una nueva forma de pensar sobre la síntesis de materiales 2D, "dijo Zak Al Balushi, un doctorado candidato coadministrado por Robinson y Joan Redwing, profesor de ciencia e ingeniería de materiales e ingeniería eléctrica. Al Balushi es el autor principal de un artículo que aparece en línea hoy (29 de agosto) en la revista. Materiales de la naturaleza titulado "Nitruro de galio bidimensional obtenido mediante encapsulación de grafeno".

"Tenemos esta paleta de materiales 2D de origen natural, ", continuó." Pero para expandir más allá de esto, tenemos que sintetizar materiales que no existen en la naturaleza. Típicamente, Los nuevos sistemas de materiales son muy inestables. Pero nuestro método de crecimiento, llamado Crecimiento encapsulado mejorado de migración (MEEG), utiliza una capa de grafeno para ayudar al crecimiento y estabilizar una estructura robusta de nitruro de galio 2D ".

El grafeno se cultiva sobre un sustrato de carburo de silicio, que es un sustrato tecnológicamente importante utilizado ampliamente en la industria para LED, radar y telecomunicaciones. Cuando se calienta, el silicio de la superficie se descompone y deja una superficie rica en carbono que puede reconstruirse en grafeno. La ventaja de producir el grafeno de esta manera es que la interfaz donde se encuentran los dos materiales es perfectamente lisa.

Robinson cree que en el caso del nitruro de galio bidimensional, la adición de una capa de grafeno marca la diferencia. Grafeno una capa de átomos de carbono de un átomo de espesor, es conocido por sus notables propiedades electrónicas y su fuerza.

"Es la clave, "Dice Robinson." Si intentas cultivar estos materiales de la manera tradicional, sobre carburo de silicio, normalmente solo formas islas. No crece en capas agradables sobre el carburo de silicio ".

Cuando se agregan átomos de galio a la mezcla, migran a través del grafeno y forman la capa intermedia de un sándwich, con grafeno flotando en la parte superior. Cuando se agregan átomos de nitrógeno, tiene lugar una reacción química que convierte el galio y el nitrógeno en nitruro de galio.

"El proceso MEEG no solo produce láminas ultrafinas de nitruro de galio, sino que también cambia la estructura cristalina del material, que puede conducir a aplicaciones completamente nuevas en electrónica y optoelectrónica, "dijo Redwing.