p Uma nova compreensão do motivo pelo qual os materiais 2-D sintéticos costumam ter um desempenho muito pior do que o previsto foi alcançada por equipes de pesquisadores lideradas pela Penn State. Eles procuraram maneiras de melhorar o desempenho desses materiais na eletrônica do futuro, fotônica, e aplicativos de armazenamento de memória. p Os materiais bidimensionais são filmes com apenas um ou dois átomos de espessura. Os pesquisadores fazem materiais 2-D pelo método de esfoliação - descascando uma fatia de material de um material a granel maior - ou condensando um precursor de gás em um substrato. O primeiro método fornece materiais de alta qualidade, mas não é útil para fazer dispositivos. O segundo método está bem estabelecido em aplicações industriais, mas produz filmes 2-D de baixo desempenho.

p Os pesquisadores demonstraram, pela primeira vez, por que a qualidade dos materiais 2-D cultivados pelo método de deposição de vapor químico tem um desempenho ruim em comparação com suas previsões teóricas. Eles relatam seus resultados em uma edição recente da Relatórios Científicos .

p "Nós cultivamos dissulfeto de molibdênio, um material 2-D muito promissor, em um substrato de safira, "disse Kehao Zhang, um candidato ao doutorado de Joshua Robinson, professor associado de ciência e engenharia de materiais, Estado de Penn. "A safira em si é óxido de alumínio. Quando o alumínio é a camada superior do substrato, gosta de ceder seus elétrons ao filme. Este doping negativo pesado - elétrons têm carga negativa - limita tanto a intensidade quanto a vida útil do portador para fotoluminescência, duas propriedades importantes para todas as aplicações optoeletrônicas, como fotovoltaicos e fotossensores. "

p Uma vez que eles determinaram que o alumínio estava entregando elétrons ao filme, eles usaram um substrato de safira que foi cortado de forma a expor o oxigênio em vez do alumínio na superfície. Isso aumentou a intensidade da fotoluminescência e a vida útil do portador em 100 vezes.

p Em trabalhos relacionados, uma segunda equipe de pesquisadores liderada pelo mesmo grupo da Penn State usou engenharia de dopagem que substitui átomos estranhos na estrutura cristalina do filme para alterar ou melhorar as propriedades do material. Eles relataram seu trabalho esta semana em Materiais Funcionais Avançados .

p "As pessoas já experimentaram o doping de substituição antes, mas porque a interação do substrato de safira filtrou os efeitos do doping, eles não podiam deconvoluir o impacto do doping, "disse Zhang, que também foi o autor principal do segundo artigo.

p Usando a superfície do substrato terminado em oxigênio do primeiro papel, a equipe removeu o efeito de triagem do substrato e dopou o filme 2-D de dissulfeto de molibdênio com átomos de rênio.

p "Nós desconvoluímos os efeitos do doping de rênio no material, "disse Zhang." Com este substrato, podemos chegar a 1 por cento atômico, a maior concentração de doping já relatada. Um benefício inesperado é que dopar o rênio na rede passiva 25 por cento das vagas de enxofre, e as lacunas de enxofre são um problema antigo com materiais 2-D. "

p O doping resolve dois problemas:torna o material mais condutivo para aplicações como transistores e sensores, e ao mesmo tempo melhora a qualidade dos materiais, passivando os defeitos chamados vacâncias de enxofre. A equipe prevê que a dopagem com mais rênio pode eliminar completamente os efeitos da vacância de enxofre.

p "O objetivo de todo o meu trabalho é levar este material a níveis tecnologicamente relevantes, o que significa torná-lo aplicável industrialmente, "Disse Zhang.