Electrónica 2D con ajuste atómico

Científicos de Berkeley Lab diseñan semiconductores ajustables mediante una técnica para diseñar su banda prohibida


Para ajustar la banda prohibida, un parámetro clave en el control de la conductividad eléctrica y las propiedades ópticas de los semiconductores, los investigadores suelen diseñar aleaciones, un proceso en el que dos o más materiales se combinan para lograr propiedades que de otra manera no se podrían lograr con un material prístino.


Pero la ingeniería de la banda la banda prohibida en los semiconductores convencionales a través de aleaciones ha sido a menudo un juego de adivinanzas, porque los científicos no han tenido una técnica para "ver" directamente si los átomos de la aleación están dispuestos en un patrón específico o dispersos al azar.


Ahora, como se informa en Physical Review Letters, un equipo de investigación dirigido por Alex Zettl y Marvin Cohen, científicos de la División de Ciencias de los Materiales en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía (Berkeley Lab), y profesores de física en la UC Berkeley han demostrado una nueva técnica que podría crear la banda prohibida necesaria para mejorar el rendimiento de los semiconductores en la electrónica de próxima generación, como optoelectrónica, termoeléctrica y sensores.


Para el estudio, los investigadores examinaron muestras monocapa y multicapa de un material dicalcogenuro de metal de transición (TMD) en 2D hecho de la aleación de disulfuro de renio y niobio.


Franjas serpenteantes formadas por átomos metálicos de renio y niobio en la estructura reticular de una aleación de dicalcogenuro de metal de transición 2D. (Imagen cortesía de Amin Azizi)

Los experimentos de microscopía electrónica revelaron franjas serpenteantes formadas por átomos metálicos de renio y niobio en la estructura reticular de la aleación 2D de TMD.


Un análisis estadístico confirmó lo que el equipo de investigación había sospechado: que los átomos del metal en la aleación 2D de TMD prefieren estar adyacentes a los otros átomos de metal, "lo que contrasta con la estructura aleatoria de otras aleaciones de TMD de la misma clase", dijo el autor principal Amin Azizi, investigador postdoctoral en el laboratorio Zettl en UC Berkeley.


Los cálculos realizados en el Centro Nacional de Computación Científica de Investigación Energética ( NERSC ) de Berkeley Lab por Mehmet Dogan, investigador postdoctoral en el laboratorio Cohen en UC Berkeley, demostraron que tal orden atómico puede modificar la banda prohibida del material.


Las mediciones de espectroscopía óptica realizadas en la fuente de luz avanzada de Berkeley Lab revelaron que la banda prohibida de la aleación 2D de TMD se puede ajustar adicionalmente ajustando el número de capas en el material. Además, la banda prohibida de la aleación monocapa es similar a la del silicio, que es "perfecta" para muchas aplicaciones electrónicas y ópticas, dijo Azizi. Y la aleación 2D de TMD tiene los beneficios adicionales de ser flexible y transparente.


A continuación, los investigadores planean explorar las propiedades optoelectrónicas y de detección de nuevos dispositivos basados ​​en la aleación 2D TMD.





Fuente Berkeley Lab

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