p A mesma carga eletrostática que pode deixar os cabelos em pé e anexar balões às roupas pode ser uma maneira eficiente de acionar dispositivos de memória eletrônica atomicamente finos do futuro, de acordo com um novo estudo liderado por pesquisadores do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia (Berkeley Lab). p Em um estudo publicado hoje na revista Natureza , os cientistas descobriram uma maneira de alterar reversivelmente a estrutura atômica de um material 2-D injetando, ou "doping, "com elétrons. O processo usa muito menos energia do que os métodos atuais para alterar a configuração da estrutura de um material.

p "Nós mostramos, pela primeira vez, que é possível injetar elétrons para conduzir mudanças de fase estruturais nos materiais, "disse o investigador principal do estudo, Xiang Zhang, cientista sênior do corpo docente da Divisão de Ciências de Materiais do Berkeley Lab e professor da UC Berkeley. "Ao adicionar elétrons em um material, a energia geral sobe e desequilibra o equilíbrio, resultando na reorganização da estrutura atômica para um novo padrão que é mais estável. Essas transições de fase estruturais conduzidas por dopagem de elétrons no limite 2-D não são apenas importantes na física fundamental; também abre a porta para uma nova memória eletrônica e comutação de baixo consumo de energia na próxima geração de dispositivos ultrafinos. "

p Mudar a configuração estrutural de um material de uma fase para outra é o fundamental, característica binária que sustenta o circuito digital de hoje. Os componentes eletrônicos capazes dessa transição de fase encolheram para tamanhos finos como papel, mas eles ainda são considerados em massa, Camadas 3-D feitas por cientistas. Por comparação, Os materiais de monocamada 2-D são compostos por uma única camada de átomos ou moléculas cuja espessura é 100, 000 vezes menor que um cabelo humano.

p "A ideia de dopagem de elétrons para alterar a estrutura atômica de um material é exclusiva para materiais 2-D, que são muito mais ajustáveis ​​eletricamente em comparação com materiais a granel 3-D, "disse o co-autor do estudo Jun Xiao, um estudante de pós-graduação no laboratório de Zhang.

p A abordagem clássica para conduzir a transição estrutural de materiais envolve aquecimento acima de 500 graus Celsius. Esses métodos consomem muita energia e não são viáveis ​​para aplicações práticas. Além disso, o excesso de calor pode reduzir significativamente a vida útil dos componentes em circuitos integrados.

p Vários grupos de pesquisa também investigaram o uso de produtos químicos para alterar a configuração de átomos em materiais semicondutores, mas esse processo ainda é difícil de controlar e não foi amplamente adotado pela indústria.

p "Aqui usamos dopagem eletrostática para controlar a configuração atômica de um material bidimensional, "disse o co-autor do estudo, Ying Wang, outro aluno de pós-graduação no laboratório de Zhang. "Comparado ao uso de produtos químicos, nosso método é reversível e livre de impurezas. Tem maior potencial de integração na fabricação de telefones celulares, computadores e outros dispositivos eletrônicos. "

p Os pesquisadores usaram ditelureto de molibdênio (MoTe2), um semicondutor 2-D típico, e revestido com um líquido iônico (DEME-TFSI), que tem uma capacitância ultra-alta, ou capacidade de armazenar cargas elétricas. A camada de líquido iônico permitiu aos pesquisadores injetar elétrons no semicondutor com uma densidade de cem trilhões a um quatrilhão por centímetro quadrado. É uma densidade de elétrons de uma a duas ordens maior em magnitude do que poderia ser alcançada em materiais a granel 3-D, disseram os pesquisadores.

p Por meio de análise espectroscópica, os pesquisadores determinaram que a injeção de elétrons mudou o arranjo dos átomos do ditelureto de molibdênio de uma forma hexagonal para uma monoclínica, que tem uma forma mais paralela inclinada. Uma vez que os elétrons foram retraídos, a estrutura cristalina voltou ao seu padrão hexagonal original, mostrando que a transição de fase é reversível. Além disso, esses dois tipos de arranjos de átomos têm simetrias muito diferentes, fornecendo um grande contraste para aplicações em componentes ópticos.

p "Esse dispositivo atomicamente fino poderia ter funções duplas, servindo simultaneamente como transistores ópticos ou elétricos, e, assim, ampliar as funcionalidades da eletrônica usada em nossas vidas diárias, "disse Wang.