p A criação de materiais bidimensionais grandes o suficiente para uso em eletrônica é um desafio, apesar do grande esforço, mas agora, Pesquisadores da Penn State descobriram um método para melhorar a qualidade de uma classe de materiais 2-D, com potencial para alcançar crescimento em escala de wafer no futuro. p O campo de materiais 2-D com propriedades incomuns explodiu nos 15 anos desde que Konstantin Novoselov e Andre Geim retiraram uma única camada atômica de átomos de carbono do grafeno em massa usando fita adesiva simples. Embora uma grande quantidade de ciência tenha sido conduzida sobre esses pequenos fragmentos de grafeno, camadas de tamanho industrial são difíceis de crescer.

p Dos materiais previstos para a eletrônica de última geração, um grupo de semicondutores chamados dichalcogenetos de metais de transição estão na vanguarda. Os TMDs têm apenas alguns átomos de espessura, mas são muito eficientes na emissão de luz, o que os torna candidatos para optoeletrônica, como diodos emissores de luz, fotodetectores, ou emissores de fóton único.

p "Nosso objetivo final é fazer filmes de monocamada de disseleneto de tungstênio ou folhas de dissulfeto de molibdênio, e para depositá-los usando deposição de vapor químico de tal forma que obtenhamos uma camada de cristal único perfeita sobre um wafer inteiro, "disse Joan Redwing, professor de ciência dos materiais e eletrônica, e diretor do 2-D Crystal Consortium da Penn State, uma plataforma de inovação de materiais da National Science Foundation.

p O problema vem da maneira como os átomos se organizam quando são depositados em um substrato padrão, como safira. Por causa da estrutura cristalina dos TMDs, eles formam triângulos à medida que começam a se espalhar pelo substrato. Os triângulos podem ser orientados em direções opostas, com igual probabilidade. Quando eles se chocam e se fundem para formar uma folha contínua, o limite que eles formam é como um grande defeito que reduz drasticamente as propriedades eletrônicas e ópticas do cristal.

p "Quando as operadoras cobram, como elétrons ou buracos, encontrar este defeito, chamado de limite de domínio de inversão, eles podem se espalhar, "Redwing disse." Este tem sido um problema clássico com o crescimento da TMD. "

p Em publicações recentes em periódicos ACS Nano e Revisão Física B , pesquisadores dos Departamentos de Ciência e Engenharia de Materiais da Penn State, Física, Química, e Ciência da Engenharia e Mecânica mostram que se os TMDs são cultivados em uma superfície de nitreto de boro hexagonal, 85 por cento ou mais apontarão na mesma direção. Vin Crespi, distinto professor de física, ciência e engenharia de materiais e química, e seu grupo fez simulações para explicar por que isso aconteceu. Eles descobriram que as vagas na superfície hexagonal de nitreto de boro, onde um átomo de boro ou nitrogênio estava faltando, poderia prender um átomo de metal - tungstênio ou molibdênio - e servir para orientar os triângulos em uma direção preferida. O material aprimorado apresentou maior emissão de fotoluminescência e uma ordem de magnitude maior de mobilidade de elétrons em comparação com TMDs 2-D cultivados em safira.

p "Nossa próxima etapa é desenvolver um processo para cultivar nitreto de boro hexagonal em uma escala de wafer, - disse Redwing. - É nisso que estamos trabalhando agora. É difícil controlar defeitos e fazer crescer uma única camada de cristal em uma grande superfície. Muitos grupos estão trabalhando nisso. "