Formación de canales 1D. a, Esquema del proceso de creación de patrones guiado por dislocaciones desajustadas (marcadas como "T") en la heterounión lateral MoS2-WSe2. B, C, Imágenes ADF-STEM de resolución atómica superpuestas con sus mapas de deformación εxx (ver Fig.2 para más detalles) que identifican las dislocaciones periódicas en la interfaz de MoS2 y WSe2 (b) y los canales 1D creados por la migración impulsada químicamente de las dislocaciones interfaciales como se añaden átomos de S y Mo adicionales (c). Los mapas de deformación se refieren a la red WSe2. Crédito: Materiales de la naturaleza (2017). doi:10.1038 / nmat5038
Los "materiales bidimensionales" —materiales depositados en capas que tienen solo unos pocos átomos de espesor— son prometedores tanto para la electrónica de alto rendimiento como para la flexibilidad, electrónica transparente que podría colocarse en capas sobre superficies físicas para hacer que la informática sea omnipresente.
El material 2-D más conocido es el grafeno, que es una forma de carbono, pero recientemente los investigadores han estado investigando otros materiales 2-D, como el disulfuro de molibdeno, que tienen los suyos, distintas ventajas.
Producir productos electrónicos útiles, sin embargo, requiere la integración de varios materiales 2-D en el mismo plano, que es un desafío difícil. En 2015, investigadores de la Universidad King Abdullah en Arabia Saudita desarrollaron una técnica para depositar disulfuro de molibdeno (MoS2) junto al diselenuro de tungsteno (WSe2), con una unión muy limpia entre los dos materiales. Con una variación de la técnica, Los investigadores de la Universidad de Cornell descubrieron que podían inducir alambres rectos de MoS2 (solo unos pocos átomos de diámetro) para extenderse hacia el WSe2, preservando la unión limpia.
Los investigadores se pusieron en contacto con Markus Buehler, el profesor de ingeniería de McAfee en el Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental del MIT, que se especializa en modelos de propagación de grietas a nivel atómico, para ver si su grupo podía ayudar a explicar este extraño fenómeno.
En el último número de Materiales de la naturaleza , el rey Abdullah, Cornell, y el equipo de investigadores del MIT con colegas de la Academia Sinica, la academia nacional de investigación de Taiwán, y la Universidad Tecnológica de Texas para describir tanto el método de deposición de material como el mecanismo subyacente a la formación de los nanocables de MoS2, que los investigadores del MIT pudieron modelar computacionalmente.
"La fabricación de nuevos materiales 2-D sigue siendo un desafío, "Dice Buehler." El descubrimiento de mecanismos mediante los cuales se pueden crear ciertas estructuras de materiales deseadas es clave para mover estos materiales hacia aplicaciones. En este proceso, el trabajo conjunto de simulación y experimentación es fundamental para avanzar, especialmente utilizando modelos de materiales a nivel molecular que permitan nuevas direcciones de diseño ".
Cableado
La capacidad de crear largos Los canales delgados de MoS2 en WSe2 podrían tener varias aplicaciones, dicen los investigadores.
Un ligero desajuste entre las estructuras hexagonales de disulfuro de molibdeno y diselenuro de tungsteno crea una tensión que puede liberarse mediante la formación de una dislocación "5 | 7, "en el que dos hexágonos colapsan para formar un pentágono y un heptágono. Las reacciones con el disulfuro de molibdeno en el ambiente hacen que la dislocación se adentre más en el diselenuro de tungsteno, dibujando un nanoalambre de bisulfuro de molibdeno detrás de él. Crédito:Instituto de Tecnología de Massachusetts
"Según las propiedades eléctricas y ópticas [de los materiales], la gente está considerando usar MoS2 y WSe2 para células solares o para dividir el agua en función de la luz solar, "dice Gang Seob Jung, un estudiante graduado del MIT en ingeniería civil y ambiental y coautor del nuevo artículo. "La mayoría de las cosas interesantes ocurren en la interfaz. Cuando no se tiene una sola interfaz, si hay muchas interfaces de nanocables, se podría mejorar la eficiencia de una celda solar, incluso si es bastante aleatorio ".
Pero la explicación teórica del mecanismo molecular que subyace a la formación de los nanocables también genera la esperanza de que se pueda controlar su formación. para permitir el ensamblaje de componentes electrónicos a escala atómica.
"Materiales bidimensionales, uno de los candidatos más prometedores para la electrónica del futuro, en última instancia, necesitan vencer a los dispositivos basados en silicio, que ya han alcanzado unos pocos nanómetros de tamaño, "dice Yimo Han, estudiante de posgrado de Cornell en química y primer autor del artículo. "Los materiales bidimensionales son los más delgados en la dirección vertical, pero aún abarcan un área bastante grande en las dimensiones laterales. Hicimos los canales sin dislocaciones más delgados en materiales bidimensionales, que es un gran paso hacia los dispositivos electrónicos subnanométricos de materiales 2-D ".
Propagación de polígonos
En un cristal 2-D, tanto el MoS2 como el WSe2 se organizan naturalmente en hexágonos en los que se alternan los elementos constituyentes, molibdeno y azufre o tungsteno y selenio. Juntos, estos hexágonos producen un patrón de panal.
La técnica de fabricación de los investigadores de Cornell conserva este patrón de panal a través de la unión entre los materiales, una hazaña poco común y muy útil para aplicaciones electrónicas. Su técnica utiliza la deposición de vapor químico, en el que un sustrato, en este caso, zafiro:está expuesto a gases que transportan sustancias químicas que reaccionan para producir los materiales deseados.
Los tamaños naturales de los hexágonos MoS2 y WSe2 son ligeramente diferentes, sin embargo, por lo que su integración ejerce presión sobre ambos cristales, particularmente cerca de su cruce. Si un par de hexágonos WSe2 justo en la unión MoS2 se convierte en un hexágono emparejado con un heptágono (un polígono de siete lados), libera la tensión.
Esta llamada dislocación 5 | 7 crea un sitio en el que una partícula de MoS2 puede adherirse. La reacción resultante inserta un átomo de molibdeno en el pentágono, produciendo un hexágono, y rompe el heptágono. Luego, los átomos de azufre se unen al heptágono para formar otra dislocación de 5 | 7. A medida que este proceso se repite, la dislocación 5 | 7 se adentra más en el territorio WSe2, con un nanoalambre que se extiende detrás de él. El patrón en el que la tensión en los hexágonos no coincidentes se relaja y se repite asegura que la dislocación progrese a lo largo de una línea recta.
