Las posibilidades para el nuevo campo de dos dimensiones, materiales de una capa atómica de espesor, incluyendo pero no limitado a grafeno, parecen casi ilimitados. En una nueva investigación, Los científicos de materiales de Penn State informan de dos descubrimientos que proporcionarán una manera simple y efectiva de "estarcir" materiales 2D de alta calidad en ubicaciones precisas y superar una barrera para su uso en la electrónica de próxima generación.

En 2004, el descubrimiento de una forma de aislar una sola capa atómica de carbono, el grafeno, abrió un nuevo mundo de materiales 2D con propiedades que no se encuentran necesariamente en el conocido mundo 3D. Entre estos materiales hay un gran grupo de elementos, metales de transición, que se encuentran en el medio de la tabla periódica. Cuando los átomos de ciertos metales de transición, por ejemplo molibdeno, están en capas entre dos capas de átomos de los elementos calcogenuros, como azufre o selenio, el resultado es un sándwich de tres capas llamado dicalcogenuro de metal de transición. Los TMD han creado un gran interés entre los científicos de materiales debido a su potencial para nuevos tipos de electrónica, optoelectrónica y computación.

"En lo que nos hemos centrado en este documento es en la capacidad de fabricar estos materiales en grandes áreas de un sustrato, precisamente en los lugares donde los queremos, "dice Joshua Robinson, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales. "Estos materiales son de interés para una variedad de productos electrónicos de próxima generación, no necesariamente para reemplazar el silicio, sino para aumentar las tecnologías actuales y, en última instancia, aportar nuevas funciones de chip al silicio que nunca antes habíamos tenido ".

Para integrar TMD con silicio en transistores, Las empresas de chips necesitarán tener un método para colocar los átomos precisamente donde se necesitan. Ese método no ha estado disponible hasta ahora. En su documento de Materiales 2D, "Crecimiento de área selectiva y acoplamiento de sustrato controlado de dichalcogenuros de metales de transición, "Robinson y su grupo demuestran, por primera vez, un método simple para hacer patrones precisos de materiales bidimensionales utilizando técnicas familiares para cualquier laboratorio de nanotecnología.

"Resulta que el proceso es sencillo, "Explica Robinson." Hacemos girar fotorresistente en la muestra en la sala limpia, como si fuéramos a empezar a hacer un dispositivo. Puede ser cualquiera de los polímeros que se utilizan en la nanofabricación. Luego lo exponemos a luz ultravioleta en las áreas deseadas, y lo revelamos como una fotografía. Donde el polímero estuvo expuesto a la luz, se lava, y luego limpiamos más la superficie con procesos estándar de grabado con plasma. Los materiales 2D solo crecerán en las áreas que se han limpiado ".

Un segundo descubrimiento simple descrito en este trabajo que podría ayudar a avanzar en el campo de la investigación de TMD implica superar el fuerte efecto que tiene un sustrato en los materiales 2D que crecen sobre el sustrato. En este caso, disulfuro de molibdeno, un TMD de semiconductores muy estudiado, se cultivó sobre un sustrato de zafiro usando técnicas típicas de deposición en polvo. Esto resultó en las propiedades de la interfaz zafiro / disulfuro de molibdeno controlando las propiedades deseadas del disulfuro de molibdeno, haciéndolo inadecuado para la fabricación de dispositivos.

"Necesitábamos desacoplar los efectos del sustrato en la capa 2D sin transferir las capas del zafiro, "dice Robinson, "y entonces simplemente intentamos sumergir el material tal como creció en nitrógeno líquido y sacarlo al aire para 'romper' la interfaz. Resultó que fue suficiente para separar el disulfuro de molibdeno del zafiro y acercarnos al desempeño intrínseco de el disulfuro de molibdeno ".

El proceso es lo suficientemente suave como para debilitar las uniones que conectan el material 2D al sustrato sin liberarlo por completo. El mecanismo exacto para aflojar los lazos aún está bajo investigación, debido a la complejidad de este "proceso simple, ", dijo Robinson. Los dos materiales se encogen a diferentes velocidades, lo que podría hacer que se rompan, pero también podría deberse al burbujeo del nitrógeno líquido cuando se convierte en gas, o incluso el contacto con el vapor de agua del aire que forma hielo en la muestra.

"Todavía estamos trabajando para comprender el mecanismo exacto, pero sabemos que funciona muy bien al menos con disulfuro de molibdeno, "Dice Robinson.