Desde el descubrimiento en 2003 del material de carbono de un solo átomo de espesor conocido como grafeno, También ha habido un interés significativo en otros tipos de materiales 2-D.

Estos materiales podrían apilarse juntos como ladrillos de Lego para formar una gama de dispositivos con diferentes funciones, incluido el funcionamiento como semiconductores. De este modo, podrían usarse para crear ultradelgados, flexible, Dispositivos electrónicos transparentes y portátiles.

Sin embargo, separar un material de cristal a granel en escamas 2-D para su uso en electrónica ha demostrado ser difícil de hacer a escala comercial.

El proceso existente, en el que las escamas individuales se separan de los cristales a granel estampando repetidamente los cristales en una cinta adhesiva, no es confiable y requiere mucho tiempo, requiriendo muchas horas para cosechar suficiente material y formar un dispositivo.

Ahora, los investigadores del Departamento de Ingeniería Mecánica del MIT han desarrollado una técnica para recolectar obleas de material 2-D de 2 pulgadas de diámetro en tan solo unos minutos. Luego, se pueden apilar para formar un dispositivo electrónico en una hora.

La técnica, que describen en un artículo publicado en la revista Ciencias , podría abrir la posibilidad de comercializar dispositivos electrónicos basados ​​en una variedad de materiales 2-D, según Jeehwan Kim, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica, quien dirigió la investigación.

Los co-primeros autores del artículo fueron Sanghoon Bae, que participó en la fabricación de dispositivos flexibles, y Jaewoo Shim, que trabajó en el apilado de las monocapas de material 2-D. Ambos son postdoctorados en el grupo de Kim.

Los coautores del artículo también incluyeron estudiantes y postdoctorados del grupo de Kim, así como colaboradores de Georgia Tech, la Universidad de Texas, Universidad de Yonsei en Corea del Sur, y la Universidad de Virginia. Sang-Hoon Bae, Jaewoo Shim, Wei Kong, y Doyoon Lee en el grupo de investigación de Kim contribuyeron igualmente a este trabajo.

"Hemos demostrado que podemos aislar monocapa por monocapa de materiales 2-D a escala de obleas, "Dice Kim". En segundo lugar, hemos demostrado una forma de apilar fácilmente estas monocapas de material 2-D a escala de obleas ".

Los investigadores primero hicieron crecer una pila gruesa de material 2-D encima de una oblea de zafiro. Luego aplicaron una película de níquel de 600 nanómetros de espesor en la parte superior de la pila.

Dado que los materiales 2-D se adhieren con mucha más fuerza al níquel que al zafiro, Quitar esta película permitió a los investigadores separar toda la pila de la oblea.

Y lo que es más, la adhesión entre el níquel y las capas individuales de material 2-D también es mayor que entre cada una de las capas.

Como resultado, cuando se agregó una segunda película de níquel al fondo de la pila, los investigadores pudieron despegar individualmente, monocapas gruesas de un solo átomo de material 2-D.

Esto se debe a que al despegar la primera película de níquel se generan grietas en el material que se propagan hasta el fondo de la pila. Dice Kim.

Una vez que la primera monocapa recogida por la película de níquel se ha transferido a un sustrato, el proceso se puede repetir para cada capa.

"Utilizamos una mecánica muy sencilla, y al utilizar este concepto de propagación controlada de grietas, podemos aislar material monocapa 2-D a escala de oblea, " él dice.

La técnica universal se puede utilizar con una gama de diferentes materiales 2-D, incluyendo nitruro de boro hexagonal, disulfuro de tungsteno, y disulfuro de molibdeno.

De esta forma se puede utilizar para producir diferentes tipos de materiales monocapa 2-D, como semiconductores, rieles, y aislantes, que luego se pueden apilar para formar las heteroestructuras 2-D necesarias para un dispositivo electrónico.

"Si fabrica dispositivos electrónicos y fotónicos con materiales 2-D, los dispositivos tendrán solo unas pocas monocapas de grosor, "Dice Kim." Serán extremadamente flexibles, y se puede estampar en cualquier cosa, " él dice.

El proceso es rápido y de bajo costo, haciéndolo apto para operaciones comerciales, él añade.

Los investigadores también han demostrado la técnica al fabricar con éxito matrices de transistores de efecto de campo a escala de oblea. con un grosor de unos pocos átomos.

"El trabajo tiene mucho potencial para llevar materiales 2-D y sus heteroestructuras hacia aplicaciones del mundo real, "dice Philip Kim, profesor de física en la Universidad de Harvard, que no participó en la investigación.

Los investigadores ahora planean aplicar la técnica para desarrollar una gama de dispositivos electrónicos, incluyendo una matriz de memoria no volátil y dispositivos flexibles que se pueden usar en la piel.

También están interesados ​​en aplicar la técnica para desarrollar dispositivos para su uso en el "Internet de las cosas, "Dice Kim.

"Todo lo que necesita hacer es cultivar estos gruesos materiales 2-D, luego, aíslelos en monocapas y apílelos. Por lo tanto, es extremadamente barato, mucho más barato que el proceso de semiconductores existente. Esto significa que traerá materiales 2-D de nivel de laboratorio a la fabricación para su comercialización, "Dice Kim.

"Eso lo hace perfecto para las redes de IoT, porque si utilizara semiconductores convencionales para los sistemas de detección, sería caro ".