Un equipo de científicos ha "velcroeado" estructuras 2D de MoS₂ y grafeno usando una conexión covalente por primera vez. Las estructuras 2D-2D se utilizaron para construir transistores de efecto de campo robustos con comunicación electrónica controlada, naturaleza química de interfaz y distancia entre capas.

El método más extendido para la síntesis de heteroestructuras 2D-2D es el crecimiento directo de materiales uno encima de otro. Las estructuras 2D son materiales en capas atómicamente delgadas que se pueden apilar para construir heteroestructuras funcionales. En tales estructuras construidas por deposición atómica, las capas 2D están unidas débilmente por interacciones de van der Waals y pueden desarmarse en algunos solventes o procesos térmicos. La falta de control sobre la interfaz de los dos materiales en términos de comunicación electrónica, naturaleza química o distancia entre capas impide la construcción de dispositivos multipropósito robustos.

Un equipo de investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid e IMDEA Nanociencia (España) han conectado covalentemente por primera vez capas de materiales 2D:MoS₂ y grafeno. El equipo ha utilizado las herramientas de la química sintética para "coser" varios copos de MoS₂ a dispositivos de grafeno de una sola capa, utilizando una molécula bifuncional con dos puntos de anclaje. Los resultados, publicados ahora en Nature Chemistry , muestran que las propiedades electrónicas finales de la heteroestructura están dominadas por la interfaz molecular.

La combinación de las propiedades semiconductoras del dicalcogenuro de metal de transición MoS₂ con la alta movilidad de los portadores del grafeno es particularmente atractivo para múltiples aplicaciones. El grupo construyó transistores de efecto de campo para probar las propiedades eléctricas de la estructura. Encontraron una modificación en la característica de tensión de puerta, con un desplazamiento del cono de Dirac hacia tensiones positivas y una reducción de la corriente al mínimo.

Esta supresión actual en el grafeno se asocia inequívocamente a la interrupción de la sp ² hibridación en sp ³ debido a la formación de enlaces covalentes. Un experimento de control con MoS₂ prístino suspendido sobre grafeno no mostró cambios significativos en la intensidad de la banda D. Curiosamente, la movilidad del portador de carga se conserva después de la funcionalización y la formación de enlaces covalentes entre MoS₂ y grafeno, siendo controlable el grado de dopaje del grafeno a través del grado de funcionalización.

La fabricación de estas heteroestructuras covalentes 2D-2D es relativamente fácil. Se sumergió un sustrato de silicio que contenía una lámina de grafeno de una sola capa en una suspensión de MoS₂ funcionalizado en agua a 35 °C. Dos horas de funcionalización fueron suficientes para promover el enlace covalente en la mayoría de las manchas de grafeno. Para confirmar la funcionalización covalente, se realizó espectroscopia Raman para rastrear la transformación de sp ² átomos de carbono del grafeno a sp ³ como indicación de la formación de un nuevo enlace C-C.

Por primera vez, los investigadores han utilizado las herramientas de la química para unir covalentemente materiales 2D. Los resultados muestran el poder del enfoque químico para construir MoS₂ -Heteroestructuras de grafeno más allá de van der Waals que preservan la movilidad del portador de grafeno para dispositivos FET de alto rendimiento. La conexión covalente vertical aporta una palanca adicional a las propiedades finales de los nanodispositivos más allá de las propiedades intrínsecas de los materiales, y tiene el potencial para una homologación fácil de alto rendimiento. + Explora más

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