Un equipo de científicos e ingenieros multidisciplinarios de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign ha descubierto un nuevo más preciso, método para crear dispositivos electromecánicos de tamaño nanométrico. Los resultados de su investigación se publican en Comunicaciones de la naturaleza .

"En los últimos cinco años, Ha habido una gran fiebre del oro en la que los investigadores descubrieron que podíamos fabricar materiales 2-D que, naturalmente, tienen un grosor de una sola molécula, pero que pueden tener muchas propiedades electrónicas diferentes. y apilándolos uno encima del otro, podríamos diseñar casi cualquier dispositivo electrónico en tamaños moleculares, "dijo Arend van der Zande, profesor de ciencia e ingeniería mecánica.

"El desafío fue, aunque podríamos reducir el grosor de estas estructuras a unas pocas moléculas, no pudimos modelarlos, " él dijo.

En cualquier escala de dispositivo electrónico, las capas están grabadas en patrones precisos para controlar cómo fluye la corriente. "Este concepto es la base de muchas tecnologías, como circuitos integrados. Sin embargo, cuanto más pequeño vas, cuanto más difícil es hacer esto, "dijo van der Zande.

"Por ejemplo, ¿Cómo se hace el contacto eléctrico en la capa molecular tres y cinco? pero no en la capa cuatro a nivel atómico? "

Un descubrimiento fortuito condujo a un método para hacer precisamente eso.

Como nuevo investigador postdoctoral en el laboratorio de van der Zande, Jangyup Son estaba ejecutando algunos experimentos en capas individuales de grafeno usando difluoruro de xenón, XeF2, cuando "arrojó" otro material a mano:nitruro de boro hexagonal (hBN), un aislante eléctrico.

"Jangyup empujó ambos materiales en la cámara de grabado al mismo tiempo, y lo que vio fue que una sola capa de grafeno todavía estaba allí, pero una gruesa pieza de hBN fue completamente grabada por el difluoruro de xenón ".

Este descubrimiento accidental llevó al equipo a ver dónde podían aplicar la capacidad del grafeno para resistir el agente de grabado.

"Este descubrimiento nos permitió modelar estructuras bidimensionales colocando capas de grafeno entre otros materiales, como el nitruro de boro hexagonal (hBN), dicalcogenuros de metales de transición (TMDC), y fósforo negro (BP), para grabar de forma selectiva y precisa una capa sin grabar la capa inferior ".

Grafeno cuando se expone al agente de grabado XeF2, conserva su estructura molecular y máscaras, o protege, la capa de abajo y realmente detiene el grabado.

"Lo que hemos descubierto es una forma de modelar estructuras complicadas a una escala molecular y atómica, " él dijo.

Para explorar los puntos fuertes de la nueva técnica, el grupo creó un transistor de grafeno simple para probar su rendimiento en relación con los transistores de grafeno fabricados tradicionalmente, que actualmente están modelados de una manera que induce el desorden en el material, degradando su desempeño.

"Debido a que todas estas moléculas son superficiales, si lo tiene sobre algo con algún desorden, estropea la capacidad de los electrones para moverse a través del material y, por lo tanto, el rendimiento electrónico, ", dijo van der Zande." Para hacer el mejor dispositivo posible, es necesario encapsular la molécula de grafeno en otro material bidimensional, como el hBN aislante, para mantenerlo súper plano y limpio ".

Aquí es donde la nueva técnica es tan útil. La molécula de grafeno puede permanecer encapsulada y prístina, mientras resiste el grabado necesario para entrar en contacto con el material, preservando así las propiedades del material.

Como prueba de concepto, los transistores fabricados con la nueva técnica superaron a todos los demás transistores, "haciéndolos los mejores transistores de grafeno hasta ahora demostrado en la literatura".

Los siguientes pasos, dijo van der Zande, son para ver qué tan escalable es la técnica y si permitirá dispositivos previamente imposibles. ¿Podemos aprovechar la naturaleza autodestructiva de esta técnica para hacer un millón de transistores idénticos en lugar de uno solo? ¿Podemos modelar dispositivos a nanoescala en las tres dimensiones al mismo tiempo para hacer nanocintas sin ningún desorden?

"Ahora que tenemos una forma de minimizar el desorden dentro del material, estamos explorando formas de crear características más pequeñas porque podemos encapsular y crear patrones al mismo tiempo, ", dijo." Normalmente, cuando intentas hacer características más pequeñas como nanocintas de materiales 2-D, el desorden comienza a dominar, por lo que los dispositivos no funcionan correctamente ".

"El grabado de grafeno se detiene, como se llama la técnica, facilitará todo el proceso de creación de dispositivos ".