p Molibdênio / enxofre bidimensional é uma rede hexagonal quando vista de cima, mas quando visto de lado, como é aqui, sua forma de três camadas é aparente. Quando duas folhas do material se encontram, deslocamentos tridimensionais aparecem nos limites dos grãos. Quando as folhas se encontram em um ângulo de 60 graus, esses limites são metálicos, e condutivo. Crédito:Yakobson Group / Rice University
p (Phys.org) - Uma nova estrutura de material prevista na Rice University oferece a tentadora possibilidade de um caminho de sinal menor do que os nanofios para eletrônica avançada agora em desenvolvimento em Rice e em outros lugares. p O físico teórico Boris Yakobson e seu colega de pós-doutorado Xiaolong Zou estavam investigando as propriedades da escala atômica de materiais bidimensionais quando descobriram, para sua surpresa, que uma formação específica, um limite de grão em dissulfetos de metal, cria um caminho metálico - e portanto condutor - de apenas uma fração de nanômetro de largura.
p Essa é basicamente a largura de uma cadeia de átomos, Yakobson disse.
p A descoberta relatada esta semana no jornal American Chemical Society
Nano Letras surgiu de uma investigação de como os átomos se relacionam energeticamente uns com os outros e formam defeitos topológicos em semicondutores bidimensionais. Em trabalho recente, O grupo de Yakobson analisou defeitos no grafeno, a folha de carbono de um único átomo que está sob intenso escrutínio por laboratórios em todo o mundo.
p Mas o grafeno plano não tem gap; elétrons fluem direto. "Há muito esforço para abrir uma lacuna no grafeno, mas isso não é fácil, "disse Yakobson, Karl F. Hasselmann de Rice, Professor de Engenharia Mecânica e Ciência dos Materiais e professor de Química. "As pessoas estão tentando maneiras diferentes, mas nenhum deles é direto. Isso motivou a busca por outros materiais bidimensionais. "
p Uma ilustração animada mostra o arranjo preciso dos átomos em um possível deslocamento em molibdênio / enxofre bidimensional. Os deslocamentos acontecem quando duas flores crescentes de material se juntam em ângulos diferentes na deposição de vapor químico. Em um ângulo específico, as linhas ao longo das quais esses deslocamentos se formam podem se tornar condutoras. Crédito:Xiaolong Zou / Rice University
p Os materiais de molibdênio / enxofre (ou tungstênio / enxofre) estão se tornando interessantes para os cientistas porque têm um gap natural útil, cerca de dois elétron-volts no caso do molibdênio / enxofre. E embora sejam materiais tecnicamente bidimensionais, as energias em jogo forçam seus átomos em um arranjo escalonado.
p "É mais complexo do que o grafeno, "Yakobson disse." Há uma camada de metal no meio, com átomos de enxofre acima e abaixo, mas eles estão totalmente conectados por ligações covalentes em uma estrutura de favo de mel, então é um composto. "
p A deposição de vapor químico é normalmente usada para cultivar esse material; sob altas temperaturas, os átomos (como o carbono para o grafeno) se alinham e formam folhas. Mas quando duas dessas flores aparecem e se encontram, eles não necessariamente se alinham. Onde eles se fundem, eles formam o que é chamado de "limites de grãos, "semelhante a grãos na madeira que se juntam em ângulos estranhos. (Pense em um galho encontrando um tronco de árvore.) Esses limites de grãos afetam as propriedades elétricas do material mesclado.
p Zou calculou essas propriedades com base nas energias atômicas dos elementos. Ao olhar para os laços elementais, os pesquisadores descobriram os "deslocamentos" esperados, onde as energias forçam os átomos a saírem de seus padrões regulares. "Onde os lençóis se encontram, eles não podem ter uma estrutura de rede ideal, então eles têm esses pontos, os deslocamentos. Cada limite de grão é apenas uma série desses deslocamentos, "Yakobson disse.
p Foi apenas coincidência que os deslocamentos assumiram formas semelhantes às de um dreidel para um artigo publicado durante o Hanukkah, ele disse.
p "Encontramos ordem nessa complexidade e caos, the exact structures that are possible at the grain boundaries and the dislocations types, " ele disse.
p The growing molybdenum/sulfur sheets can meet at any angle, and though the sheets are semiconducting, the boundaries between them generally stop electrical signals in their tracks. But at one particular angle—60 degrees—the periodic dislocations are close enough to pass signals on from one to the next along the length of the boundary. "Basicamente, they're metallic in this direction, " Yakobson said.
p "So in the middle of these domains of semiconducting material, you have this boundary line that carries current in one direction, like a wire. And it's only a few angstroms wide, " ele disse.
p "Metal disulfides may be promising for future electronic devices based on materials with reduced dimensions, " Zou said. "It is important to understand the effects of topological defects on the electronic properties as we push toward post-silicon devices."
