p As regras antigas não se aplicam necessariamente ao construir componentes eletrônicos de materiais bidimensionais, de acordo com cientistas da Rice University. p O laboratório de Rice do físico teórico Boris Yakobson analisou híbridos que colocam materiais 2-D como grafeno e nitreto de boro lado a lado para ver o que acontece na fronteira. Eles descobriram que as características eletrônicas de tais híbridos "coplanares" diferem de componentes mais volumosos.

p Seus resultados aparecem este mês na revista American Chemical Society Nano Letras .

p Reduzir a eletrônica significa reduzir seus componentes. Laboratórios acadêmicos e indústrias estão estudando como materiais como o grafeno podem permitir o máximo em dispositivos finos, construindo todos os circuitos necessários em uma camada com a espessura de um átomo.

p "Nosso trabalho é importante porque as junções de semicondutores são um grande campo, "Yakobson disse." Existem livros com modelos icônicos de comportamento eletrônico que são extremamente bem desenvolvidos e se tornaram os pilares da indústria.

p "Mas tudo isso é para interfaces bulk-to-bulk entre metais tridimensionais, "disse ele." Agora que as pessoas estão trabalhando ativamente para fazer dispositivos bidimensionais, especialmente com eletrônicos coplanares, percebemos que as regras precisam ser reconsideradas. Muitos dos modelos estabelecidos utilizados na indústria simplesmente não se aplicam. "

p Os pesquisadores liderados pelo estudante de graduação de Rice, Henry Yu, construíram simulações de computador que analisam a transferência de carga entre materiais com espessura de átomo.

p "Foi um passo lógico para testar nossa teoria sobre metais e semicondutores, que têm propriedades eletrônicas muito diferentes, "Yu disse." Isso faz com que o grafeno, que é um metal ou semimetal, para ser mais preciso - dissulfeto de molibdênio e nitreto de boro, que são semicondutores, ou mesmo seus sistemas híbridos ideais para estudar.

p "Na verdade, esses materiais foram amplamente fabricados e usados ​​na comunidade por quase uma década, o que torna sua análise mais apreciável no campo. Além disso, ambos os híbridos de dissulfeto de grafeno-molibdênio e nitreto de grafeno-boro foram sintetizados com sucesso recentemente, o que significa que nosso estudo tem um significado prático e pode ser testado no laboratório agora, " ele disse.

p Yakobson disse que os materiais 3-D têm uma região estreita para transferência de carga na junção positiva e negativa (ou p / n). Mas os pesquisadores descobriram que as interfaces 2-D criavam "uma transferência de carga altamente não localizada" - e um campo elétrico junto com ela - que aumentava muito o tamanho da junção. Isso poderia dar a eles uma vantagem em aplicações fotovoltaicas, como células solares, disseram os pesquisadores.

p O laboratório construiu uma simulação de um híbrido de grafeno e dissulfeto de molibdênio e também considerou nitreto de grafeno-boro e grafeno em que metade foi dopada para criar uma junção p / n. Seus cálculos previram que a presença de um campo elétrico deveria tornar os dispositivos Schottky 2-D (unidirecionais), como transistores e diodos, mais sintonizáveis ​​com base no tamanho do próprio dispositivo.

p Como os átomos se alinham também é importante, Yakobson disse. Grafeno e nitreto de boro apresentam redes hexagonais, então eles combinam perfeitamente. Mas dissulfeto de molibdênio, outro material promissor, não é exatamente plano, embora ainda seja considerado 2-D.

p "Se as estruturas atômicas não combinam, você obtém ligações pendentes ou defeitos ao longo da fronteira, "disse ele." A estrutura tem consequências para o comportamento eletrônico, especialmente para o que é chamado de fixação de nível de Fermi. "

p A fixação pode degradar o desempenho elétrico, criando uma barreira de energia na interface, Yakobson explicou. "Mas sua barreira Schottky (na qual a corrente se move em apenas uma direção) não muda conforme o esperado. Este é um fenômeno bem conhecido para semicondutores; é apenas que em duas dimensões, é diferente, e, neste caso, pode favorecer sistemas 2-D em vez de sistemas 3-D. "

p Yakobson disse que os princípios apresentados pelo novo artigo se aplicarão a híbridos padronizados de dois ou mais patches 2-D. "Você pode fazer algo especial, mas os efeitos básicos estão sempre nas interfaces. Se você quiser ter muitos transistores no mesmo plano, está bem, mas você ainda deve considerar os efeitos nas junções.

p "Não há razão para não construirmos retificadores 2-D, transistores ou elementos de memória, "ele disse." Eles serão os mesmos que usamos rotineiramente em dispositivos agora. Mas, a menos que desenvolvamos um conhecimento fundamental adequado da física, eles podem falhar em fazer o que projetamos ou planejamos. "