Los nanomateriales podrían proporcionar la base de muchas tecnologías emergentes, incluso extremadamente pequeño, flexible, y electrónica transparente.

Si bien muchos nanomateriales exhiben propiedades electrónicas prometedoras, Los científicos e ingenieros todavía están trabajando para integrar mejor estos materiales juntos para eventualmente crear semiconductores y circuitos con ellos.

Los investigadores de Northwestern Engineering han creado heteroestructuras bidimensionales (2-D) a partir de dos de estos materiales, grafeno y borofeno, dando un paso importante hacia la creación de circuitos integrados a partir de estos nanomateriales.

"Si abrieras un circuito integrado dentro de un teléfono inteligente, verías muchos materiales diferentes integrados juntos, "dijo Mark Hersam, Walter P. Murphy Profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales, quien dirigió la investigación. "Sin embargo, hemos llegado al límite de muchos de esos materiales tradicionales. Al integrar nanomateriales como borofeno y grafeno juntos, estamos abriendo nuevas posibilidades en nanoelectrónica ".

Con el apoyo de la Oficina de Investigación Naval y la Fundación Nacional de Ciencias, los resultados fueron publicados el 11 de octubre en la revista Avances de la ciencia . Además de Hersam, Ph.D. en física aplicada el estudiante Xiaolong Liu es coautor de este trabajo.

Creando un nuevo tipo de heteroestructura

Cualquier circuito integrado contiene muchos materiales que realizan diferentes funciones, como conducir electricidad o mantener los componentes eléctricamente aislados. Pero aunque los transistores dentro de los circuitos se han vuelto cada vez más pequeños, gracias a los avances en los materiales y la fabricación, están cerca de alcanzar el límite de lo pequeños que pueden llegar a ser.

Los materiales ultradelgados 2-D como el grafeno tienen el potencial de evitar ese problema, pero la integración de materiales bidimensionales es difícil. Estos materiales tienen solo un átomo de espesor, así que si los átomos de los dos materiales no se alinean perfectamente, es poco probable que la integración tenga éxito. Desafortunadamente, la mayoría de los materiales 2-D no coinciden a escala atómica, presenta desafíos para los circuitos integrados 2-D.

Borofeno, la versión 2-D del boro que Hersam y sus compañeros de trabajo sintetizaron por primera vez en 2015, es polimórfico, lo que significa que puede adoptar muchas estructuras diferentes y adaptarse a su entorno. Eso lo convierte en un candidato ideal para combinar con otros materiales 2-D, como el grafeno.

Para probar si era posible integrar los dos materiales en una única heteroestructura, El laboratorio de Hersam cultivó grafeno y borofeno en el mismo sustrato. Primero cultivaron el grafeno, ya que crece a mayor temperatura, Luego depositó boro sobre el mismo sustrato y lo dejó crecer en regiones donde no había grafeno. Este proceso resultó en interfaces laterales donde, debido a la naturaleza complaciente del borofeno, los dos materiales cosidos juntos a escala atómica.

Medición de transiciones electrónicas

El laboratorio caracterizó la heteroestructura 2-D utilizando un microscopio de efecto túnel y descubrió que la transición electrónica a través de la interfaz era excepcionalmente abrupta, lo que significa que podría ser ideal para crear pequeños dispositivos electrónicos.

"Estos resultados sugieren que podemos crear dispositivos de densidad ultra alta en el futuro, ", Dijo Hersam. En última instancia, Hersam espera lograr estructuras 2-D cada vez más complejas que conduzcan a nuevos dispositivos y circuitos electrónicos. Él y su equipo están trabajando para crear heteroestructuras adicionales con borofeno, combinándolo con un número creciente de los cientos de materiales 2-D conocidos.

"En los últimos 20 años, Los nuevos materiales han permitido la miniaturización y, en consecuencia, el rendimiento mejorado en la tecnología de transistores. ", dijo." Los materiales bidimensionales tienen el potencial de dar el siguiente salto ".