Ya sea en teléfonos inteligentes, televisores o tecnología de construcción, Los semiconductores juegan un papel central en la electrónica y, por tanto, en nuestra vida diaria. A diferencia de los metales, es posible ajustar su conductividad eléctrica aplicando un voltaje y, por lo tanto, encender y apagar el flujo de corriente.

Con vistas a futuras aplicaciones en electrónica y tecnología cuántica, los investigadores se están centrando en el desarrollo de nuevos componentes que consisten en una sola capa (monocapa) de un material semiconductor. Algunos materiales naturales con propiedades semiconductoras presentan monocapas de este tipo, apilados para formar un cristal tridimensional. En el laboratorio, los investigadores pueden separar estas capas, que no son más gruesas que una sola molécula, y usarlas para construir componentes electrónicos.

Nuevas propiedades y fenómenos

Estos semiconductores ultrafinos prometen ofrecer características únicas que, de otro modo, serían muy difíciles de controlar. como el uso de campos eléctricos para influir en los momentos magnéticos de los electrones. Además, En estas monocapas semiconductoras tienen lugar complejos fenómenos de la mecánica cuántica que pueden tener aplicaciones en la tecnología cuántica.

Científicos de todo el mundo están investigando cómo se pueden apilar estos semiconductores delgados para formar nuevos materiales sintéticos. conocidas como heteroestructuras de van der Waals. Sin embargo, hasta ahora, no han logrado combinar tal monocapa con contactos superconductores para profundizar en las propiedades y peculiaridades de los nuevos materiales.

Contactos superconductores

Un equipo de físicos dirigido por el Dr. Andreas Baumgartner en el grupo de investigación del profesor Christian Schönenberger en el Instituto Suizo de Nanociencia y el Departamento de Física de la Universidad de Basilea, ahora ha equipado una monocapa de disulfuro de molibdeno semiconductor con contactos superconductores por primera vez.

La razón por la que esta combinación de semiconductor y superconductor es tan interesante es que los expertos esperan que componentes de este tipo exhiban nuevas propiedades y fenómenos físicos. "En un superconductor, los electrones se ordenan en pares, como compañeros en un baile, con consecuencias extrañas y maravillosas, como el flujo de la corriente eléctrica sin resistencia, "explica Baumgartner, el director de proyecto del estudio. "En el disulfuro de molibdeno semiconductor, por otra parte, los electrones realizan una danza completamente diferente, una extraña rutina en solitario que también incorpora sus momentos magnéticos. Ahora nos gustaría saber en qué danzas nuevas y exóticas concuerdan los electrones si combinamos estos materiales ".

Adecuado para su uso como plataforma.

Las mediciones eléctricas a las bajas temperaturas requeridas para la superconductividad, justo por encima del cero absoluto (-273,15 grados Celsius), muestran claramente los efectos causados ​​por el superconductor; por ejemplo, a ciertas energías, ya no se permiten electrones individuales. Es más, los investigadores encontraron indicios de un fuerte acoplamiento entre la capa semiconductora y el superconductor.

"El acoplamiento fuerte es un elemento clave en los nuevos y emocionantes fenómenos físicos que esperamos ver en estas heteroestructuras de van der Waals, pero nunca pudimos demostrar, "dice Mehdi Ramezani, autor principal del estudio.

"Y, por supuesto, siempre esperamos nuevas aplicaciones en electrónica y tecnología cuántica, "dice Baumgartner." En principio, los contactos verticales que hemos desarrollado para las capas de semiconductores se pueden aplicar a una gran cantidad de semiconductores. Nuestras mediciones muestran que estos componentes semiconductores monocapa híbridos son realmente posibles, tal vez incluso con otros, materiales de contacto más exóticos que allanarían el camino para obtener más información, " él añade.

Elaborado proceso de fabricación

La fabricación del nuevo componente en un tipo de sándwich de diferentes materiales requiere un gran número de pasos diferentes. En cada paso es importante evitar contaminaciones, ya que perjudican gravemente el transporte de cargas eléctricas.

Para proteger el semiconductor, los investigadores empaquetan una monocapa de disulfuro de molibdeno entre dos capas delgadas de nitruro de boro, a través del cual previamente han grabado los contactos verticalmente utilizando litografía por haz de electrones y grabado iónico. Luego depositan una fina capa de molibdeno renio como material de contacto, un material que conserva sus propiedades superconductoras incluso en presencia de fuertes campos magnéticos.

Trabajando bajo una atmósfera protectora de nitrógeno en una guantera, los investigadores apilan la capa de nitruro de boro sobre la capa de disulfuro de molibdeno y combinan la parte inferior con una capa adicional de nitruro de boro, así como una capa de grafeno para el control eléctrico. Luego, los investigadores colocan esta elaborada heteroestructura de van der Waals encima de una oblea de silicio / dióxido de silicio.