Una técnica que introduce moléculas de carbono-hidrógeno en una sola capa atómica del material semiconductor disulfuro de tungsteno cambia drásticamente las propiedades electrónicas del material, según los investigadores de Penn State en Penn State, quienes dicen que pueden crear nuevos tipos de componentes para dispositivos fotoeléctricos y circuitos electrónicos energéticamente eficientes con este material.

"Hemos introducido con éxito las especies de carbono en la monocapa del material semiconductor, "dijo Fu Zhang, estudiante de doctorado en ciencia e ingeniería de materiales, autor principal de un artículo publicado en línea hoy en Avances de la ciencia .

Antes del dopaje, agregando carbono, el semiconductor, un dicalcogenuro de metal de transición (TMD), era de tipo n:conductor de electrones. Después de sustituir átomos de carbono por átomos de azufre, el material de un átomo de espesor desarrolló un efecto bipolar, un tipo p — agujero — rama, y una rama de tipo n. Esto resultó en un semiconductor ambipolar.

"El hecho de que se puedan cambiar las propiedades drásticamente agregando tan solo dos por ciento atómico fue algo inesperado, "Mauricio Terrones, autor principal y profesor distinguido de física, química y ciencia e ingeniería de materiales.

Según Zhang, una vez que el material está altamente dopado con carbono, los investigadores pueden producir un tipo p degenerado con una movilidad de portador muy alta. "Podemos construir n ⁺ / p / n ⁺ y P ⁺ /notario público ⁺ uniones con propiedades que no se han visto con este tipo de semiconductor, " él dijo.

En términos de aplicaciones, Los semiconductores se utilizan en varios dispositivos en la industria. En este caso, la mayoría de esos dispositivos serán transistores de diferentes tipos.

"Este tipo de material también podría ser bueno para la catálisis electroquímica, ", Dijo Terrones." Se podría mejorar la conductividad del semiconductor y tener actividad catalítica al mismo tiempo ".

Hay pocos artículos en el campo del dopaje de materiales 2-D, porque requiere que se lleven a cabo múltiples procesos simultáneamente bajo tipos específicos de condiciones. La técnica del equipo utiliza un plasma para reducir la temperatura a la que el metano puede romperse, escindirse, hasta 752 grados Fahrenheit. Al mismo tiempo, el plasma tiene que ser lo suficientemente fuerte como para eliminar un átomo de azufre de la capa atómica y sustituirlo por una unidad de carbono-hidrógeno.

"No es fácil dopar monocapas, y luego medir el transporte del transportista no es trivial, "Dice Terrones." Hay un punto óptimo en el que estamos trabajando. Se requieren muchas otras cosas ".

Susan Sinnott, profesor y jefe del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, proporcionó cálculos teóricos que guiaron el trabajo experimental. Cuando Terrones y Zhang observaron que el dopaje del material 2-D estaba cambiando sus propiedades ópticas y electrónicas, algo que nunca habían visto antes, el equipo de Sinnott predijo el mejor átomo con el que adulterar y predijo las propiedades, que se correspondía con el experimento.

Saptarshi Das, profesor asistente de ciencias de la ingeniería y mecánica, y su grupo, luego midió el transporte de portadora en varios transistores con cantidades crecientes de sustitución de carbono. Observaron cómo la conductancia cambiaba radicalmente hasta que cambiaron por completo el tipo de conducción de negativo a positivo.

"Fue un trabajo muy multidisciplinario, "Dice Terrones.

Autores adicionales en el Avances de la ciencia papel, titulado "Dopaje con carbono de WS ₂ monocapas:reducción de la brecha de banda y transporte de dopaje de tipo p, "incluyen estudiantes de doctorado actuales o anteriores Yanfu Lu, Daniel Schulman, Tianyi Zhang, Zhong Lin y Yu Lei; y Ana Laura Ellias y Kazunori Fujisawa, profesores asistentes de investigación de física.