p Pesquisadores do Instituto de Ciência de Materiais da UConn melhoraram significativamente o desempenho de um material semicondutor atomicamente fino, esticando-o, uma realização que pode ser benéfica para engenheiros que projetam a próxima geração de eletrônicos flexíveis, dispositivos nano, e sensores ópticos. p Em um estudo publicado na revista científica Nano Letras , Michael Pettes, professor assistente de engenharia mecânica, relata que uma camada dupla de seis átomos de disseleneto de tungstênio exibiu um aumento de 100 vezes na fotoluminescência quando foi submetida à deformação. O material nunca havia exibido tal fotoluminescência antes.

p As descobertas marcam a primeira vez que os cientistas foram capazes de mostrar de forma conclusiva que as propriedades de materiais atomicamente finos podem ser manipuladas mecanicamente para melhorar seu desempenho, Pettes diz. Esses recursos podem levar a processadores de computador mais rápidos e sensores mais eficientes.

p O processo que os pesquisadores usaram para alcançar o resultado também é significativo, pois oferece uma nova metodologia confiável para medir o impacto da deformação em materiais ultrafinos, algo que tem sido difícil de fazer e um obstáculo à inovação.

p "Experimentos envolvendo deformação são frequentemente criticados, uma vez que a deformação experimentada por esses materiais atomicamente finos é difícil de determinar e muitas vezes especulada como sendo incorreta, "diz Pettes." Nosso estudo fornece uma nova metodologia para a realização de medições dependentes de tensão de materiais ultrafinos, e isso é importante porque a deformação está prevista para oferecer mudanças de ordens de magnitude nas propriedades desses materiais em muitos campos científicos diferentes. "

p Os cientistas estão intrigados com o potencial de materiais atomicamente finos desde que os pesquisadores Andre Geim e Konstantin Novoselov clivaram com sucesso uma camada de grafeno de um átomo de espessura de um pedaço de grafite em 2004. Considerado um supermaterial por sua resistência excepcional, flexibilidade, e capacidade de conduzir eletricidade, O grafeno bidimensional transformou a indústria eletrônica e rendeu aos pesquisadores o Prêmio Nobel.

p Mas por tudo o que oferece, o grafeno tem suas limitações. É um semicondutor pobre porque não possui uma banda de elétrons em sua estrutura interna. Como resultado, os elétrons são desimpedidos e fluem rapidamente através dele quando o material é energizado. Os melhores materiais semicondutores, como o silício, tem um gap considerável que permite que um fluxo de elétrons seja ligado e desligado. Essa capacidade é vital para criar as sequências de zeros e uns que compõem os códigos de computação binários usados ​​em transistores e circuitos integrados.

p Cientistas de materiais estão explorando o potencial de outros materiais bidimensionais e atomicamente finos na esperança de encontrar produtos superiores ao grafeno e ao silício.

p A engenharia de deformação foi discutida como uma forma possível de melhorar o desempenho desses materiais, porque sua estrutura ultrafina os torna particularmente suscetíveis a flexão e alongamento, ao contrário de suas formas de massa tridimensionais maiores. Mas testar o impacto da deformação em materiais com apenas alguns átomos de espessura se mostrou extremamente difícil.

p No presente estudo, Pettes e Wei Wu, um Ph.D. estudante no laboratório de Pettes e principal autor do estudo, foram capazes de medir com sucesso a influência da deformação em uma única bicamada cristalina de disseleneto de tungstênio, primeiro encapsulando-a em uma fina camada de vidro acrílico e depois aquecendo-a em uma câmara de gás argônio. (A exposição ao ar pode destruir a amostra). Este processamento térmico fortaleceu a adesão do material a um substrato de polímero, permitindo uma transferência quase perfeita da tensão aplicada, o que tem sido difícil de conseguir em experimentos anteriores.

p O grupo então personalizou um dispositivo de dobra que lhes permitiu aumentar cuidadosamente a tensão no material enquanto monitorava como ele respondia por meio de um espectrômetro Horiba Multiline Raman no Harvard Center for Nanoscale Systems, um recurso de usuário compartilhado, financiado pela National Science Foundation.

p Foi um momento emocionante.

p "Nosso novo método nos permitiu aplicar cerca de duas vezes mais tensão ao material 2-D do que qualquer estudo anterior relatou, "diz Pettes." Essencialmente, estávamos em um novo território. "

p Em última análise, os pesquisadores descobriram que a aplicação de níveis crescentes de tensão ao material alterou seu fluxo de elétrons, que se refletiu no aumento da intensidade da fotoluminescência.

p Trabalhando com o especialista em modelagem de computador Avinash Dongare, professor assistente de ciência de materiais e engenharia na UConn, e ex-Ph.D. estudante Jin Wang, a equipe foi capaz de mostrar que seu processo poderia, teoricamente, manipular o gap de disseleneto de tungstênio e outros materiais atomicamente finos, o que é extremamente importante para engenheiros de projeto que buscam semicondutores e sensores mais rápidos e eficientes. Manipular um semicondutor com um gap indireto muito próximo ao ponto de transição para um gap direto pode levar a capacidades de processamento extremamente rápidas.

p "Esta é a primeira vez que o controle extrínseco sobre uma transição de gap de elétron indireto para direto foi relatado de forma conclusiva, "diz Pettes." Nossas descobertas devem permitir que cientistas da computação, usando inteligência artificial, projetem novos materiais com estruturas extremamente resistentes ou sensíveis à deformação. Isso é extremamente importante para a próxima geração de dispositivos optoeletrônicos e nanoeletrônicos flexíveis de alto desempenho. "