p Uma técnica que introduz moléculas de carbono-hidrogênio em uma única camada atômica do material semicondutor dissulfeto de tungstênio muda drasticamente as propriedades eletrônicas do material, de acordo com pesquisadores da Penn State na Penn State, que dizem que podem criar novos tipos de componentes para dispositivos fotoelétricos com eficiência energética e circuitos eletrônicos com este material. p "Introduzimos com sucesso as espécies de carbono na monocamada do material semicondutor, "disse Fu Zhang, doutorando em ciência de materiais e engenharia, autor principal de um artigo publicado online hoje em Avanços da Ciência .

p Antes de dopar - adicionar carbono - o semicondutor, um dichalcogeneto de metal de transição (TMD), era do tipo n - condutor de elétrons. Depois de substituir átomos de carbono por átomos de enxofre, o material de um átomo de espessura desenvolveu um efeito bipolar, um tipo-p - buraco - ramificação, e uma ramificação do tipo n. Isso resultou em um semicondutor ambipolar.

p "O fato de que você pode alterar as propriedades drasticamente adicionando apenas dois por cento atômicos foi algo inesperado, “Mauricio Terrones, autor sênior e ilustre professor de física, química e ciência de materiais e engenharia.

p De acordo com Zhang, uma vez que o material é altamente dopado com carbono, os pesquisadores podem produzir um tipo p degenerado com uma mobilidade de portadores muito alta. "Podemos construir n ⁺ / p / n ⁺ e P ⁺ / n / p ⁺ junções com propriedades que não foram vistas com este tipo de semicondutor, " ele disse.

p Em termos de aplicações, semicondutores são usados ​​em vários dispositivos na indústria. Nesse caso, a maioria desses dispositivos serão transistores de diferentes tipos.

p "Este tipo de material também pode ser bom para catálise eletroquímica, "Terrones disse." Você poderia melhorar a condutividade do semicondutor e ter atividade catalítica ao mesmo tempo. "

p Existem poucos trabalhos na área de dopagem de materiais 2-D, porque requer que vários processos ocorram simultaneamente sob tipos específicos de condições. A técnica da equipe usa um plasma para diminuir a temperatura na qual o metano pode ser rachado - dividido - até 752 graus Fahrenheit. Ao mesmo tempo, o plasma tem que ser forte o suficiente para tirar um átomo de enxofre da camada atômica e substituir uma unidade de carbono-hidrogênio.

p "Não é fácil dopar monocamadas, e então medir o transporte da transportadora não é trivial, "Terrones diz." Há um ponto ideal onde estamos trabalhando. Muitas outras coisas são necessárias. "

p Susan Sinnott, professor e chefe do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, forneceu cálculos teóricos que nortearam o trabalho experimental. Quando Terrones e Zhang observaram que a dopagem do material 2-D estava mudando suas propriedades ópticas e eletrônicas - algo que nunca tinham visto antes - a equipe de Sinnott previu o melhor átomo para dopar e previu as propriedades, que correspondeu ao experimento.

p Saptarshi Das, professor assistente de ciência da engenharia e mecânica, e seu grupo, em seguida, mediu o transporte de portadores em vários transistores com quantidades crescentes de substituição de carbono. Eles observaram a condutância mudar radicalmente até que mudaram completamente o tipo de condução de negativo para positivo.

p “Foi um trabalho muito multidisciplinar, "Terrones diz.

p Autores adicionais no Avanços da Ciência papel, intitulado "Carbon doping de WS ₂ monocamadas:redução de bandgap e transporte de dopagem do tipo p, "inclui os atuais ou ex-alunos de doutorado Yanfu Lu, Daniel Schulman, Tianyi Zhang, Zhong Lin e Yu Lei; e Ana Laura Ellias e Kazunori Fujisawa, professores assistentes de física.