Para reducir aún más los dispositivos electrónicos y reducir el consumo de energía, la industria de los semiconductores está interesada en utilizar materiales 2-D, pero los fabricantes necesitan un método rápido y preciso para detectar defectos en estos materiales y determinar si el material es adecuado para la fabricación de dispositivos. Ahora, un equipo de investigadores ha desarrollado una técnica para caracterizar de forma rápida y sensible defectos en materiales 2-D.

Los materiales bidimensionales son atómicamente delgados, el más conocido es el grafeno, una capa de átomos de carbono de un solo átomo de espesor.

"La gente ha luchado por fabricar estos materiales 2-D sin defectos, "dijo Mauricio Terrones, Verne M. Willaman Profesor de Física, Penn State. "Ese es el objetivo final. Queremos tener un material 2-D en una oblea de cuatro pulgadas con al menos un número aceptable de defectos, pero quieres evaluarlo de forma rápida ".

Los investigadores, que representan a Penn State, Universidad del Noroeste, Rice University y Universidade Federal de Minas Gerais en Brasil:la solución es usar luz láser combinada con la segunda generación de armónicos, fenómeno en el que la frecuencia de la luz que incide sobre el material se refleja al doble de la frecuencia original. Añaden imágenes de campo oscuro, una técnica en la que se filtra la luz extraña para que los defectos brillen. Según los investigadores, este es el primer caso en el que se utilizaron imágenes de campo oscuro, y proporciona tres veces el brillo del método estándar de imágenes de campo brillante, haciendo posible ver tipos de defectos previamente invisibles.

"La localización e identificación de defectos con la generación de segundo armónico de campo brillante de uso común es limitada debido a los efectos de interferencia entre diferentes granos de materiales 2-D, "dijo Leandro Mallard, un autor principal en un artículo reciente en Nano letras y profesor de la Universidade Federal de Minas Gerais. "En este trabajo hemos demostrado que mediante el uso de SHG de campo oscuro eliminamos los efectos de interferencia y revelamos los límites de grano y los bordes de materiales semiconductores 2-D. Esta técnica novedosa tiene una buena resolución espacial y puede obtener imágenes de muestras de áreas grandes que podrían ser utilizado para monitorear la calidad del material producido en escalas industriales. "

Vincent H. Crespi, Profesor Distinguido de Física, Ciencia e Ingeniería de los Materiales, y química, Penn State, adicional, "Los cristales están hechos de átomos, y así los defectos dentro de los cristales —donde los átomos están fuera de lugar— también son de tamaño atómico.

"Generalmente, poderoso, Se necesitan sondas experimentales costosas y lentas que hagan microscopía usando haces de electrones para discernir detalles tan finos en un material, "dijo Crespi." Aquí, utilizamos un método óptico rápido y accesible que extrae solo la señal que se origina en el defecto mismo para descubrir de manera rápida y confiable cómo los materiales 2-D se unen a partir de granos orientados de diferentes maneras ".

Otro coautor comparó la técnica con encontrar un cero en particular en una página llena de ceros.

"En el campo oscuro, todos los ceros se hacen invisibles para que solo se destaque el cero defectuoso, "dijo Yuanxi Wang, profesor asistente de investigación en el Instituto de Investigación de Materiales de Penn State.

La industria de semiconductores quiere tener la capacidad de verificar defectos en la línea de producción, pero los materiales 2-D probablemente se usarán en sensores antes de que se usen en electrónica, según Terrones. Debido a que los materiales 2-D son flexibles y se pueden incorporar en espacios muy pequeños, son buenos candidatos para múltiples sensores en un reloj inteligente o teléfono inteligente y una gran cantidad de otros lugares donde los pequeños, Se requieren sensores flexibles.

"El siguiente paso sería una mejora de la configuración experimental para mapear defectos de dimensión cero, por ejemplo, vacantes atómicas, y también extenderlo a otros materiales 2-D que albergan diferentes propiedades electrónicas y estructurales, "dijo el autor principal Bruno Carvalho, un ex erudito visitante en el grupo de Terrones,