Um completou uma série de cálculos teóricos para prever suas propriedades com a ajuda de um grande centro de computação. O outro cresceu em massa antes de encerar seus bigodes finos como átomos com a ajuda de fita adesiva.

Juntos, Os químicos da Universidade de Nebraska-Lincoln, Xiao Cheng Zeng e Alexander Sinitskii, demonstraram que um composto chamado trissulfeto de titânio pode se destacar em materiais bidimensionais que estão ganhando popularidade entre os projetistas de microeletrônica.

A ascensão de materiais 2-D - folhas com não mais do que alguns átomos de espessura - começou com a demonstração do grafeno em 2004, que continua sendo o material mais forte e mais fino conhecido.

Zeng e Sinitskii publicaram dois estudos recentes mostrando que o trissulfeto de titânio se compara favoravelmente não apenas com o grafeno, mas também dissulfeto de fosforeno e molibdênio - outros materiais 2-D que se mostraram muito promissores para aplicações eletrônicas.

"Não havia interesse nas propriedades do trissulfeto de titânio de poucas camadas até agora, "disse Zeng, um professor de química da Ameritas University. "Fomos os primeiros a olhar para eles, e estamos muito animados com o que vimos. "

O estudo teórico de Zeng revelou que o trissulfeto de titânio 2-D tem o potencial de transportar elétrons mais rápido do que o fosforeno e o dissulfeto de molibdênio. Essa "mobilidade de elétrons" ajuda a ditar a velocidade dos transistores, os dispositivos que controlam a corrente elétrica e amplificam a energia elétrica em tecnologias que vão de telefones celulares a espaçonaves.

Os transistores também formam o núcleo dos semicondutores, que alternam rapidamente entre um estado de condução de corrente "ligado" e um estado de isolamento de corrente "desligado" para representar os 1s e 0s da computação digital.

O grafeno possui uma condutividade incomparável, mas carece crucialmente da qualidade que pode desligá-lo:uma lacuna de banda, que descreve a energia necessária para que os elétrons saltem de suas órbitas próximas ao redor dos átomos para uma "banda de condução" externa que promove a condutividade.

Zeng e Sinitskii descobriram que o trissulfeto de titânio tem um gap moderado que se aproxima daquele encontrado no silício favorito de semicondutor, tornando-o ideal para ligar / desligar premiado em tais dispositivos. O material também produz uma grande disparidade entre as condições "ligado" e "desligado", o que ajuda a distinguir entre 1s e 0s resultantes.

O gap do material também permite que ele absorva partículas elementares de luz conhecidas como fótons da maior parte do espectro de emissão do sol. Por causa disso, trissulfeto de titânio também pode ser útil em projetos de células solares, Sinitskii disse.

Sinitskii, um professor assistente de química, seguiu os cálculos teóricos de Zeng combinando titânio e enxofre para formar um bloco de trissulfeto de titânio. Ele então usou fita adesiva para arrancar bigodes microscópicos do composto, da mesma forma que os pioneiros do grafeno fizeram com o grafite há mais de uma década.

Sinitskii transformou esses bigodes em transistores e dirigiu os testes de desempenho que confirmaram o trabalho do colega.

"Como teórico, Eu sempre quero prever algo, "Zeng disse." O sonho para nós é que alguém faça isso no laboratório.

"Não pude deixar de contar ao Alex. Ele é um dos maiores especialistas do mundo quando se trata de fazer materiais bidimensionais, e ele fez isso apenas alguns meses depois (eu perguntei a ele). "

Sinitskii disse que os predecessores 2-D do trissulfeto de titânio devem ajudar a acelerar os esforços de sua equipe para estudá-lo e melhorá-lo.

“Quando as pessoas começaram a trabalhar com dispositivos baseados em grafeno, o primeiro material bidimensional, tudo era novo, "ele disse." Os pesquisadores estudaram como os diferentes parâmetros afetam o desempenho do dispositivo. Quando eles começaram a trabalhar em outros materiais 2-D, o conhecimento gerado a partir da pesquisa do grafeno foi muito útil.

"No nosso caso, estamos em uma posição muito boa, porque podemos aprender muito com esses estudos anteriores e aplicar o conhecimento anterior para fazer melhores transistores de trissulfeto de titânio. "

O estudo recente de Zeng, publicado no jornal Angewandte Chemie International Edition , foi coautor com o pesquisador de pós-doutorado Jun Dai. Os pesquisadores realizaram seus cálculos por meio do Holland Computing Center da UNL.

O estudo liderado por Sinitskii apareceu na revista Nanoescala .