(Phys.org) —Angela Hight Walker da Divisão de Metrologia Dimensional e Semicondutor da PML e colegas conseguiram medir uma propriedade anteriormente desconhecida, mas essencial - condutividade térmica - de um material ultrafino que deve desempenhar um papel importante no rápido campo emergente da nanoeletrônica.

O composto é dissulfeto de molibdênio (MoS2, ou "moly" para breve), um dos chamados materiais 2D - aqueles em que uma dimensão tem apenas alguns nanômetros de espessura. O primeiro e mais famoso membro desta classe é o grafeno, a matriz de átomos de carbono em forma de tela de galinha isolada apenas uma década atrás. Essa conquista foi a base do Prêmio Nobel de Física de 2010. Esses materiais são de interesse cada vez mais urgente para pesquisadores e indústria para uso em estruturas de dispositivos eletrônicos avançados com dimensões de recursos medidas em nanômetros (bilionésimos de um metro) que podem ler, escrever, e armazenar dados de maneiras bem diferentes dos transistores convencionais.

Uma série de materiais 2D "estão exibindo propriedades que podem permitir novos dispositivos de memória, "de acordo com o recém-lançado International Technology Roadmap for Semiconductors, o guia da indústria para inovações futuras. Moly, uma substância composta de camadas alternadas de molibdênio e enxofre, cada um com apenas um átomo de espessura, mostra a promessa de miniaturização de armazenamento de dados além dos níveis atuais de memória flash. Mas até muito recentemente, um dos principais atributos de Moly nunca foi medido.

"Na época em que começamos nosso estudo, pouco se sabia sobre as propriedades térmicas deste material, "Hight Walker diz, "e, ainda assim, essa informação é crucialmente importante A medição da condutividade térmica é uma etapa absolutamente crítica na avaliação de um material para aplicações em eletrônica - ou em qualquer outro lugar, para esse assunto. "

Em uma publicação no início deste ano, a equipe relatou as primeiras medições de condutividade térmica em monocamadas de molibdênio - não apenas com amostras suportadas em substratos como safira, ou interagindo com isoladores elétricos, como óxido de háfnio, mas em amostras isoladas de molibdênio suspensas no espaço sobre áreas abertas com cerca de 1,2 micrômetros de largura e, portanto, não afetadas pelas propriedades térmicas dos materiais em contato.

"O que torna este trabalho particularmente significativo, "diz Hight Walker do Grupo de Nanoeletrônica, "é que agora podemos realmente sondar as propriedades físicas intrínsecas do material. Cientificamente, isso é muito emocionante. "

A equipe usou uma técnica chamada espectroscopia Raman, que envolve o brilho de luz laser monocromática na amostra atomicamente fina de molibdênio e a detecção da luz espalhada. A frequência da luz espalhada depende da maneira como o material se estende e vibra, e durante a imagem a temperatura afeta essas vibrações.

O grupo estuda o efeito da temperatura de duas maneiras:uma, aquecendo o ambiente da amostra, e um aumentando a potência do laser na amostra. Os pesquisadores foram capazes de determinar que o molibdênio é cerca de 100 vezes menos eficiente na condução de calor do que o grafeno, mas que sua resposta térmica pode ser modelada muito bem.

As novas medições fornecem a primeira visão abrangente de como o molibdênio é afetado pelo aumento de temperatura causado pela corrente elétrica, luz, ou outras fontes. As descobertas podem acelerar o uso de molibdênio - sozinho ou em combinação com outros materiais 2D - em novos dispositivos eletrônicos, ou outros usos previstos, como separação de água para geração de hidrogênio e eletrodos aprimorados para baterias de íon-lítio. "Ao entender quais são suas propriedades, podemos combiná-lo com aplicativos para alavancar a maravilha do material, "Hight Walker diz.

Uma ampla gama de aplicações é contemplada. "Embora os dichalcogenetos de metais de transição (TMD) bidimensionais (2D) tenham sido estudados por décadas, avanços recentes na caracterização de materiais em nanoescala e fabricação de dispositivos têm chamado atenção significativa na indústria de semicondutores devido às novas oportunidades para dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos 2D, "diz Gennadi Bersuker, Membro da SEMATECH.

"Com a gama de propriedades atrativas, como presença de gap e alta estabilidade térmica e mecânica, Os materiais TMD abriram novas oportunidades para uma ampla variedade de aplicações, incluindo eletrônicos flexíveis e digitais de baixa potência, sensores, fotovoltaica, e spintrônica. "

Os colaboradores do projeto incluíram cientistas da Notre Dame e da Universidade Towson, bem como da Ecole Polytechnique Federal de Lausanne, na Suíça, que forneceu as amostras MoS2 de altíssima qualidade. O trabalho foi realizado nos laboratórios PML em Gaithersburg, MD, que possuem o equipamento e instrumentação sofisticados necessários para fazer as medições de precisão.