A descoberta relativamente recente do grafeno, um material bidimensional em camadas com eletrônicos incomuns e atraentes, propriedades ópticas e térmicas, levou os cientistas a pesquisar outros materiais atomicamente finos com propriedades únicas.

Bissulfeto de molibdênio (MoS ₂ ) revelou-se um dos mais promissores. Dispositivos de dissulfeto de molibdênio de camada única e poucas camadas foram propostos para eletrônicos, aplicações optoeletrônicas e de energia. Uma equipe de pesquisadores, liderado por engenheiros da Universidade da Califórnia, Bourns College of Engineering de Riverside, desenvolveram outra aplicação potencial:sensores.

"Os sensores estão por toda parte agora, inclusive em smartphones e outros dispositivos eletrônicos portáteis, "disse Alexander Balandin, Cadeira presidencial da UC e professor de engenharia elétrica e de computação na UC Riverside, quem é o autor principal do artigo. "Os sensores que desenvolvemos são pequenos, afinar, altamente sensível e seletivo, tornando-os potencialmente ideais para muitas aplicações. "

Balandin e os alunos de pós-graduação em seu laboratório construíram os sensores atomicamente finos de gás e vapor químico a partir de dissulfeto de molibdênio e os testaram em colaboração com pesquisadores do Rensselaer Polytechnic Institute em Troy, N.Y. Os dispositivos têm canais bidimensionais, que são ótimos para aplicações de sensores por causa da alta relação superfície-volume e concentração amplamente ajustável de elétrons.

Os pesquisadores demonstraram que os sensores, que eles chamam de transistores de efeito de campo de película fina de dissulfeto de molibdênio (TF-FET), pode detectar seletivamente o etanol, acetonitrila, tolueno, vapores de clorofórmio e metanol.

As descobertas foram publicadas em um artigo recente, "Detecção seletiva de vapor químico com transistores de película fina MoS2 de poucas camadas:comparação com dispositivos de grafeno, "no jornal Cartas de Física Aplicada . Além de Balandin, os co-autores foram Rameez Samnakay e Chenglong Jiang, ambos Ph.D. alunos do laboratório de Balandin, e Michael Shur e Sergey Rumyantsev, ambos do Rensselaer Polytechnic Institute.

A detecção seletiva não requer funcionalização prévia da superfície para vapores específicos. Os testes foram conduzidos com dispositivos como fabricados e dispositivos intencionalmente envelhecidos. Os sensores de dissulfeto de molibdênio usados ​​no estudo foram envelhecidos por dois meses porque as aplicações práticas exigem que os sensores permaneçam estáveis ​​e operacionais por pelo menos um mês.

Sensores feitos com camadas atomicamente finas de MoS2 revelaram melhor seletividade para certos gases devido ao gap de energia de elétrons neste material, o que resultou em forte supressão de corrente elétrica após a exposição a alguns dos gases. Dispositivos de grafeno, do outro lado, seletividade demonstrada quando se usa flutuações de corrente como um parâmetro de detecção.

"Sensores implementados com camadas MoS2 atomicamente finas são complementares aos dispositivos de grafeno, o que é uma boa notícia, "Balandin disse." O grafeno tem uma mobilidade de elétrons muito alta, enquanto o MoS2 tem o gap de energia. "

A singularidade dos sensores de gás atomicamente finos construídos pela UC Riverside - tanto o grafeno quanto o MoS2 - está no uso das flutuações de corrente de baixa frequência como sinal de detecção adicional. Convencionalmente, esses sensores químicos usam apenas a mudança na corrente elétrica através do dispositivo ou uma mudança na resistência do canal ativo do dispositivo.

Em um papel separado, os mesmos pesquisadores demonstraram operação em alta temperatura dos transistores de película atomicamente fina de dissulfeto de molibdênio. O trabalho foi descrito em um artigo, "Desempenho de alta temperatura dos transistores de película fina MoS2:características de corrente contínua e corrente de pulso-tensão, "que acabou de ser publicado no Journal of Applied Physics .

Muitos componentes eletrônicos para sistemas de controle e sensores são necessários para operar em temperaturas acima de 200 graus Celsius. Exemplos de aplicações de alta temperatura incluem controle de motor de turbina em instrumentos aeroespaciais e de geração de energia e campos de petróleo.

A disponibilidade de transistores e circuitos para operar em temperaturas acima de 200 graus Celsius é limitada. Dispositivos feitos de carboneto de silício e nitreto de gálio - semicondutores convencionais - são uma promessa para operação estendida em alta temperatura, mas ainda não são econômicos para aplicações de alto volume. Há uma necessidade de novos sistemas de materiais que possam ser usados ​​para fazer sensores de transistores de efeito de campo que funcionem em altas temperaturas.