Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han desarrollado capas cristalinas atómicamente delgadas de dicalcogenuros de metales de transición (TMDC) con composición variable en el espacio. alimentar continuamente en diferentes tipos de TMDC a una cámara de crecimiento para adaptar los cambios en las propiedades. Los ejemplos incluyen tiras de 20 nanómetros rodeadas por TMDC con interfaces atómicamente rectas y estructuras en capas. También investigaron directamente las propiedades electrónicas de estas heteroestructuras; Las aplicaciones potenciales incluyen la electrónica con una eficiencia energética incomparable.

Los semiconductores son indispensables; Los circuitos integrados basados ​​en silicio sustentan el funcionamiento de todo lo digital, desde dispositivos discretos como computadoras, teléfonos inteligentes y electrodomésticos para controlar componentes para todas las aplicaciones industriales posibles. Se ha dirigido una amplia gama de investigaciones científicas a los próximos pasos en el diseño de semiconductores, particularmente la aplicación de materiales novedosos para diseñar más compactos, circuitos eficientes que aprovechan el comportamiento mecánico cuántico de los materiales en la escala de longitud nanométrica. De especial interés son los materiales con una dimensionalidad fundamentalmente diferente; el ejemplo más famoso es el grafeno, una red bidimensional de átomos de carbono que es atómicamente delgada.

Los dicalcogenuros de metales de transición (o TMDC) son candidatos prometedores para su incorporación en nuevos dispositivos semiconductores. Compuesto por metales de transición como molibdeno y tungsteno y un calcógeno (o elemento del Grupo 16) como azufre o selenio, pueden formar estructuras cristalinas estratificadas cuyas propiedades cambian drásticamente cuando se cambia el elemento metálico, de metales normales a semiconductores, incluso a los superconductores. Tejiendo de forma controlada dominios de diferentes TMDC en una única heteroestructura (formada por dominios con diferente composición), Puede ser posible producir componentes electrónicos atómicamente delgados con distintos, propiedades superiores a los dispositivos existentes.

Un equipo dirigido por el Dr. Yu Kobayashi y el profesor asociado Yasumitsu Miyata de la Universidad Metropolitana de Tokio ha estado a la vanguardia de los esfuerzos para crear heteroestructuras bidimensionales con diferentes TMDC mediante deposición en fase de vapor. la deposición de material precursor en estado de vapor sobre una superficie para formar capas cristalinas atómicamente planas. Uno de los mayores desafíos que enfrentaron fue crear una interfaz perfectamente plana entre diferentes dominios, una característica esencial para aprovechar al máximo estos dispositivos. Ahora, han logrado diseñar un proceso continuo para hacer crecer tiras cristalinas bien definidas de diferentes TMDC en el borde de los dominios existentes, creando tiras tan delgadas como 20 nm con una composición diferente. Su nuevo proceso utiliza precursores líquidos que pueden introducirse secuencialmente en una cámara de crecimiento; optimizando la tasa de crecimiento, fueron capaces de desarrollar heteroestructuras con distintos dominios enlazados perfectamente sobre bordes atómicamente rectos. Obtuvieron imágenes directamente del enlace utilizando microscopía de túnel de barrido (STM), encontrando un excelente acuerdo con primeros principios simulaciones numéricas de cómo debería ser una interfaz ideal. El equipo utilizó cuatro TMDC diferentes, y también realizó una heteroestructura capa sobre capa.

Al crear interfaces atómicamente nítidas, los electrones pueden estar efectivamente confinados a espacios unidimensionales en estos dispositivos 2-D, para un control exquisito del transporte de electrones y la resistividad, así como de las propiedades ópticas. El equipo espera que esto pueda allanar el camino hacia dispositivos con una eficiencia energética incomparable y propiedades ópticas novedosas.