p Um fenômeno de transporte mecânico quântico demonstrado pela primeira vez em sintético, material em camadas atomicamente finas à temperatura ambiente pode levar a novos circuitos e dispositivos nanoeletrônicos, de acordo com pesquisadores da Penn State e três outras universidades americanas e internacionais. p O efeito do transporte quântico, chamada de resistência diferencial negativa (NDR), foi observada quando uma voltagem foi aplicada a estruturas feitas de camadas de um átomo de espessura de várias camadas de materiais conhecidas como materiais de van der Waals. As estruturas de três partes consistem em uma base de grafeno seguida por camadas atômicas de dissulfeto de molibdênio (MoS2), disseleneto de molibdênio (MoSe2), ou disseleneto de tungstênio (WSe2).

p NDR é um fenômeno no qual a natureza ondulatória dos elétrons permite que eles percorram qualquer material com resistência variável. O potencial do NDR está em circuitos eletrônicos de baixa tensão que podem ser operados em alta frequência.

p "A teoria sugere que o empilhamento de camadas bidimensionais de diferentes materiais, uma sobre a outra, pode levar a novos materiais com novos fenômenos, "disse Joshua Robinson, um professor assistente de ciência dos materiais e engenharia da Penn State, cujo aluno, Yu-Chuan Lin, é o primeiro autor em um artigo que aparece online hoje, 19 de junho no jornal Nature Communications . O artigo é intitulado "Diodos de túnel de ressonância atômica finos construídos a partir de heteroestruturas sintéticas de van der Waals".

p Alcançar NDR em um diodo de tunelamento ressonante em temperatura ambiente requer interfaces quase perfeitas, que são possíveis usando técnicas de crescimento direto, neste caso, a vaporização de óxido de óxido de molibdênio na presença de vapor de enxofre para formar a camada de MoS2, e deposição de vapor químico orgânico de metal para fazer o WSe2 e o MoSe2.

p "Esta é a primeira vez que essas heteroestruturas verticais cresceram assim, "Robinson disse." As pessoas normalmente usam materiais esfoliados que empilham, mas tem sido extremamente difícil ver esse fenômeno com camadas esfoliadas, porque as interfaces não estão limpas. Com o crescimento direto, obtemos interfaces originais onde vemos esse fenômeno o tempo todo. "

p O que chamou a atenção de Lin e Robinson foi um pico e vale acentuados em suas medições elétricas, onde normalmente haveria uma inclinação ascendente regular. Qualquer fenômeno inesperado, se for repetível, é de interesse, Disse Robinson. Para explicar seus resultados, eles consultaram um especialista em dispositivos eletrônicos em nanoescala, Suman Datta, que lhes disse que estavam vendo uma versão 2D de um diodo ressonante de túnel, um dispositivo mecânico quântico que opera em baixa potência.

p "Diodos de túnel ressonantes são componentes importantes do circuito, "disse Datta, co-autor do artigo e professor de engenharia elétrica da Penn State. "Diodos de tunelamento ressonante com NDR podem ser usados ​​para construir osciladores de alta frequência. Isso significa que construímos o diodo de tunelamento ressonante mais fino do mundo, e funciona à temperatura ambiente. "

p O co-autor Robert Wallace, da Universidade do Texas em Dallas, disse que esse trabalho colaborativo representa uma conquista importante na realização de circuitos integrados 2D úteis.

p "A capacidade de observar o comportamento ressonante à temperatura ambiente com materiais 2D sintetizados em vez de esfoliados, flocos empilhados são empolgantes, pois apontam para as possibilidades de métodos de fabricação de dispositivos escaláveis ​​que são mais compatíveis com os interesses industriais. O desafio que agora devemos enfrentar inclui melhorar ainda mais os materiais 2D crescidos e obter melhor desempenho para futuras aplicações de dispositivos, "Wallace disse.

p Os co-autores UT-Dallas forneceram a caracterização detalhada dos materiais de resolução atômica para os diodos de tunelamento ressonantes descobertos em Penn State.

p Datta credita uma compreensão teórica do transporte de elétrons nos materiais em camadas 2D a seu pesquisador de pós-doutorado Ram Krishna Ghosh, cujos cálculos mostram estreita correspondência com os resultados experimentais. Datta advertiu que o novo diodo ressonante do túnel é apenas um elemento em um circuito e a próxima etapa exigirá a construção e integração dos outros elementos do circuito, como transistores, em 2D.

p "A mensagem para levar para casa, " ele disse, "é que isso nos dá uma pepita que nós, como pessoas de dispositivos e circuitos, podemos começar a brincar e construir circuitos úteis para eletrônicos 2D."