Los científicos hicieron un descubrimiento relevante para las propiedades electrónicas y ópticas de los materiales delgados. Las líneas de átomos faltantes que cruzan la superficie como venas funcionan como "cables" para canalizar electrones y paquetes de luz llamados fotones. mejorando la capacidad del material para conducir electricidad y convertir la luz. Los defectos están ubicados entre líneas paralelas en la imagen de microscopía (izquierda). Al acercar (imagen de la derecha) se muestran dos líneas paralelas de alta densidad de carga a cada lado del defecto lineal que produce el cable. La estructura atómica teórica (derecha, abajo) muestra la línea que falta de átomos de selenio en el oro. Crédito:Departamento de Energía de EE. UU.
¿La adición de defectos podría mejorar aún más un buen material? Los científicos han descubierto que los defectos lineales en una película delgada prometedora crean cables metálicos de un átomo de espesor. Estos cables cruzan el material que de otro modo estaría intacto, ofreciendo una forma de canalizar electrones y fotones, pequeños paquetes de luz. Un equipo multidisciplinario hizo este descubrimiento utilizando recursos de Molecular Foundry y Advanced Light Source.
El equipo trabajó con dicalcogenuros de metales de transición (TMD) porque los materiales tienen características ópticas excepcionales. Esta investigación encontró que una sola capa de TMD podría emitir tanta luz como un material equivalente de 10, 000 veces más grueso, allanando el camino hacia lo más pequeño, dispositivos más eficientes. Más lejos, El equipo descubrió que los defectos de ingeniería (la introducción deliberada de átomos faltantes o desplazados) en los TMD podrían modificar sus propiedades intrínsecas. Estas modificaciones pueden mejorar el material o dar lugar a propiedades útiles completamente nuevas para la futura conversión de energía. sistemas de comunicación y computación cuántica.
En el mundo de los semiconductores, las impurezas y los defectos pueden ser algo bueno. Modifican las propiedades de materiales como el silicio, y los científicos pueden aprovechar estas propiedades para desarrollar mejores transistores para computadoras portátiles, teléfonos inteligentes, y celdas solares. Recientemente, Los científicos descubrieron una nueva clase de semiconductores que tiene solo tres átomos de espesor y se extiende en un plano bidimensional. similar al grafeno. Estos semiconductores bidimensionales, llamados dicalcogenuros de metales de transición (TMD), tienen características ópticas excepcionales. Pueden convertirse en fotodetectores ultrasensibles, y una sola capa de TMD emite tanta luz como un cristal TMD tridimensional compuesto por 10, 000 capas.
Durante los últimos años, Los científicos se han preguntado si las impurezas y los defectos también podrían modificar las propiedades intrínsecas de los TMD, quizás de formas que mejoren el semiconductor o conduzcan a nuevas funcionalidades. Científicos de la Fundición Molecular, en colaboración con investigadores de Advanced Light Source, han dado un gran paso para responder a esta pregunta. Descubrieron, para su sorpresa, cómo los defectos lineales sustanciales en los TMD crean propiedades completamente nuevas. Algunas de estas propiedades indican que los defectos en los TMD podrían incluso mediar en estados superconductores.
El equipo sintetizó tres átomos de espesor, capas limpias de diselenuro de molibdeno, que es un tipo de TMD. Luego estudiaron el material con un microscopio que puede visualizar los átomos y sus funciones de onda electrónicas. Descubrieron un defecto lineal formado por una línea de átomos de selenio faltantes. Este defecto crea cables metálicos de un átomo de espesor para transportar electrones o fotones a través de las venas similares a semiconductores que de otro modo estarían intactas.
