Formação de canais 1D. uma, Esquema do processo de padronização guiado por deslocamentos desajustados (marcados como 'T') na heterojunção lateral MoS2-WSe2. b, c, Imagens de ADF-STEM de resolução atômica sobrepostas com seus mapas de deformação εxx (ver Fig. 2 para mais detalhes) identificando os deslocamentos periódicos na interface de MoS2 e WSe2 (b) e os canais 1D criados pela migração quimicamente conduzida dos deslocamentos interfaciais como átomos de S e Mo adicionais são adicionados (c). Os mapas de deformação referem-se à rede WSe2. Crédito: Materiais da Natureza (2017). doi:10.1038 / nmat5038
"Materiais bidimensionais" - materiais depositados em camadas com apenas alguns átomos de espessura - são promissores tanto para eletrônicos de alto desempenho quanto flexíveis, eletrônicos transparentes que poderiam ser colocados em camadas sobre superfícies físicas para tornar a computação onipresente.
O material 2-D mais conhecido é o grafeno, que é uma forma de carbono, mas recentemente os pesquisadores têm investigado outros materiais 2-D, como dissulfeto de molibdênio, que têm seus próprios, vantagens distintas.
Produzindo eletrônicos úteis, Contudo, requer a integração de vários materiais 2-D no mesmo plano, o que é um desafio difícil. Em 2015, pesquisadores da King Abdullah University, na Arábia Saudita, desenvolveram uma técnica para depositar dissulfeto de molibdênio (MoS2) ao lado do disseleneto de tungstênio (WSe2), com uma junção muito limpa entre os dois materiais. Com uma variação da técnica, pesquisadores da Cornell University descobriram que podiam induzir a longo prazo, fios retos de MoS2 - apenas alguns átomos de diâmetro - para se estenderem para o WSe2, enquanto preserva a junção limpa.
Os pesquisadores contataram Markus Buehler, o professor de engenharia da McAfee no Departamento de Engenharia Civil e Ambiental do MIT, que se especializou em modelos de propagação de fissuras em nível atômico, para ver se seu grupo poderia ajudar a explicar esse estranho fenômeno.
Na última edição da Materiais da Natureza , o rei Abdullah, Cornell, e equipe de pesquisadores do MIT com colegas da Academia Sinica, a academia nacional de pesquisa de Taiwan, e Texas Tech University para descrever o método de deposição de material e o mecanismo subjacente à formação dos nanofios MoS2, que os pesquisadores do MIT foram capazes de modelar computacionalmente.
"A fabricação de novos materiais 2-D ainda permanece um desafio, "Buehler diz." A descoberta de mecanismos pelos quais certas estruturas materiais desejadas podem ser criadas é a chave para mover esses materiais em direção às aplicações. Nesse processo, o trabalho conjunto de simulação e experimento é fundamental para o progresso, especialmente usando modelos de materiais em nível molecular que permitem novas direções de design. "
Com fio
A capacidade de criar longos, canais finos MoS2 em WSe2 podem ter uma série de aplicações, dizem os pesquisadores.
Uma ligeira incompatibilidade entre as estruturas hexagonais de dissulfeto de molibdênio e disseleneto de tungstênio cria uma tensão que pode ser liberada pela formação de um deslocamento "5 | 7, "em que dois hexágonos colapsam para formar um pentágono e um heptágono. As reações com dissulfeto de molibdênio no ambiente fazem com que o deslocamento se mova mais profundamente para o disseleneto de tungstênio, desenhando um nanofio de dissulfeto de molibdênio atrás dele. Crédito:Massachusetts Institute of Technology
"Com base nas propriedades elétricas e propriedades ópticas [dos materiais], as pessoas estão olhando para o uso de MoS2 e WSe2 para células solares ou para divisão de água com base na luz solar, "diz Gang Seob Jung, um estudante de pós-graduação do MIT em engenharia civil e ambiental e um co-autor no novo artigo. "A maioria das coisas interessantes acontece na interface. Quando você não tem apenas uma interface - se houver muitas interfaces de nanofios - pode melhorar a eficiência de uma célula solar, mesmo que seja bastante aleatório. "
Mas a explicação teórica do mecanismo molecular subjacente à formação dos nanofios também aumenta a esperança de que sua formação possa ser controlada, para permitir a montagem de componentes eletrônicos em escala atômica.
"Materiais 2D, um dos candidatos mais promissores para a eletrônica do futuro, em última análise, precisa vencer os dispositivos baseados em silício, que já alcançaram alguns nanômetros de tamanho, "diz Yimo Han, um estudante de pós-graduação em química da Cornell e o primeiro autor do artigo. "Os materiais 2D são os mais finos na direção vertical, mas ainda abrangem uma área bastante grande nas dimensões laterais. Fizemos os canais livres de deslocamento mais finos em materiais 2-D, o que é um grande passo em direção aos dispositivos eletrônicos subnanômetros a partir de materiais 2-D. "
Polígonos de propagação
Em um cristal 2-D, tanto MoS2 quanto WSe2 naturalmente se organizam em hexágonos nos quais os elementos constituintes - molibdênio e enxofre ou tungstênio e selênio - se alternam. Juntos, esses hexágonos produzem um padrão de favo de mel.
A técnica de fabricação dos pesquisadores de Cornell preserva esse padrão de favo de mel na junção entre os materiais, um feito raro e muito útil para aplicações eletrônicas. Sua técnica usa deposição de vapor químico, em que um substrato - neste caso, safira - é exposta a gases que transportam produtos químicos que reagem para produzir os materiais desejados.
Os tamanhos naturais dos hexágonos MoS2 e WSe2 são ligeiramente diferentes, Contudo, então sua integração coloca uma pressão em ambos os cristais, particularmente perto de sua junção. Se um par de hexágonos WSe2 na junção MoS2 se converter em um hexágono combinado com um heptágono (um polígono de sete lados), ele libera a tensão.
Esse chamado deslocamento 5 | 7 cria um local no qual uma partícula de MoS2 pode se fixar. A reação resultante insere um átomo de molibdênio no pentágono, produzindo um hexágono, e abre o heptágono. Os átomos de enxofre então se ligam ao heptágono para formar outro deslocamento 5 | 7. Conforme esse processo se repete, o deslocamento 5 | 7 penetra mais profundamente no território WSe2, com um nanofio estendido atrás dele. O padrão no qual a tensão nos hexágonos incompatíveis relaxa e recorre garante que o deslocamento progrida ao longo de uma linha reta.
