Semicondutores bidimensionais (2-D) são promissores para a computação quântica e a eletrônica do futuro. Agora, os pesquisadores podem converter ouro metálico em semicondutor e personalizar o material átomo por átomo em nanotubos de nitreto de boro.

O ouro é um material condutor já amplamente utilizado como interconexão em dispositivos eletrônicos. Como os eletrônicos ficaram menores e mais poderosos, os materiais semicondutores envolvidos também encolheram. Contudo, os computadores ficaram tão pequenos quanto podem com os projetos existentes - para quebrar a barreira, os pesquisadores mergulham na física subjacente à computação quântica e nos comportamentos incomuns do ouro na mecânica quântica.

Os pesquisadores podem converter ouro em pontos quânticos semicondutores feitos de uma única camada de átomos. Sua lacuna de energia, ou bandgap, é formado pelo confinamento quântico - um efeito quântico quando os materiais se comportam como átomos à medida que seus tamanhos se tornam tão pequenos que se aproximam da escala molecular. Esses pontos quânticos de ouro 2-D podem ser usados ​​para a eletrônica com um bandgap que é sintonizável átomo por átomo.

Fazer os pontos com monocamada de átomos é complicado e o maior desafio é personalizar suas propriedades. Quando colocado em nanotubos de nitreto de boro, pesquisadores da Michigan Technological University descobriram que podem obter pontos quânticos de ouro para fazer o quase impossível. Os mecanismos por trás de fazer os pontos dourados se agruparem átomo por átomo é o foco de seu novo artigo, publicado recentemente em ACS Nano .

Yoke Khin Yap, professor de física na Michigan Tech, conduziu o estudo. Ele explica que o comportamento que sua equipe observou - manipulação em nível atômico de pontos quânticos de ouro - pode ser visto com um microscópio eletrônico de transmissão de varredura (STEM). O feixe de elétrons de alta potência do STEM permite que pesquisadores como Yap observem o movimento atômico em tempo real e a visualização revela como os átomos de ouro interagem com a superfície dos nanotubos de nitreto de boro. Basicamente, os átomos de ouro deslizam ao longo da superfície dos nanotubos e, eles se estabilizam em um vôo logo acima do favo de mel hexágono dos nanotubos de nitreto de boro.

O esqui atômico e a parada estão relacionados à chamada deposição seletiva de energia. No laboratório, a equipe pega uma série de nanotubos de nitreto de boro e passa uma névoa carregada de ouro por ela; os átomos de ouro na névoa grudam como nanopartículas de múltiplas camadas ou ricocheteiam no nanotubo, mas alguns dos mais energéticos deslizam ao longo da circunferência do nanotubo e se estabilizam, em seguida, começam a se agrupar em monocamadas de pontos quânticos de ouro. A equipe mostra que o ouro se deposita preferencialmente atrás de outras partículas de ouro que se estabilizaram.

"A superfície dos nanotubos de nitreto de boro é atomicamente lisa, não há defeitos na superfície, é um favo de mel bem organizado, "Yap disse, acrescentando que os nanotubos são quimicamente inertes e não há ligação física entre os nanotubos e os átomos de ouro. "É muito parecido com esquiar:você não pode esquiar em uma colina acidentada e pegajosa sem neve, as condições ideais o tornam muito melhor. A superfície lisa dos nanotubos é como um pó fresco. "

A busca por novos materiais para a futura eletrônica e computação quântica levou os pesquisadores a muitos caminhos. Yap espera que, ao demonstrar a eficácia do ouro, outros pesquisadores serão inspirados a prestar atenção a outras monocamadas de metal em escala molecular.

"Esta é uma nanotecnologia de sonho, "Yap disse." É uma tecnologia em escala molecular sintonizável por átomo com um bandgap ideal no espectro de luz visível. Há muita promessa em dispositivos eletrônicos e ópticos. "

As próximas etapas da equipe incluem caracterização adicional e fabricação de dispositivos incorporados para demonstrar a eletrônica totalmente metálica. Potencialmente, monocamadas de átomos de metal podem constituir a totalidade da futura eletrônica, o que vai economizar muita energia de fabricação e materiais.