p Usando medições ópticas e elétricas, um cristal anisotrópico bidimensional de dissulfeto de rênio foi encontrado para mostrar efeitos piezoresistentes opostos ao longo de dois eixos principais, ou seja, positivo ao longo de um eixo e negativo ao longo de outro. A piezoresistência também foi reversível; apareceu após a aplicação de uma tensão, mas a resistência relativa voltou ao seu valor original na remoção da deformação. Espera-se que esta nova descoberta leve a uma ampla aplicação de dissulfeto de rênio. p Após a aplicação de estresse mecânico, como pressão sobre cristais e alguns tipos de cerâmica, uma carga superficial proporcional à deformação aplicada é induzida; este fenômeno é denominado efeito piezoelétrico. O efeito piezoelétrico é conhecido desde meados do século 18 e encontrou uso, por exemplo, no dispositivo de ignição de isqueiros. Hoje é amplamente aplicado em sensores, atuadores, etc. Por outro lado, quando a tensão mecânica é aplicada a materiais semicondutores, alguns deles mostram uma mudança na resistência elétrica, chamado de efeito piezoresistivo. Materiais que mostram o efeito piezoresistivo são usados ​​em sensores de pressão, sensores de tensão etc.

p Dissulfeto de rênio (ReS ₂ ) é um material bidimensional (2-D) que se cristaliza em uma estrutura semelhante a um floco, como uma plaqueta preta (cristal em forma de placa), mostrando bandgap direto independente da espessura * 1) e propriedades físicas anisotrópicas. É classificado no subgrupo dichalcogenetos de metais de transição * 2). De acordo com cálculos teóricos, ele tem duas direções anisotrópicas ao longo de diferentes eixos principais. Prevê-se que duas direções anisotrópicas respondem de maneira diferente a uma deformação uniaxial. Após a validação desta propriedade, ReS ₂ deve ser útil na detecção precisa e no reconhecimento de tensão / estresse multidimensional e gestos, que terá amplas aplicações nos campos da pele eletrônica * 3), interfaces homem ‒ máquina, sensores de tensão etc.

p Esta equipe de pesquisa internacional da China e do Japão, em que o Dr. Liu da Universidade de Tianjin e o Dr. Yang do WPI-NanoLSI, Kanazawa University, desempenhou papéis importantes, não só confirmou o efeito piezoresistivo anisotrópico do dissulfeto de rênio, mas também descobriu um novo fenômeno que, dependendo da direção da deformação aplicada ao longo de dois eixos cristalinos, um dispositivo 2-D de ReS ₂ mostrou o oposto, isto é, piezoresistência positiva e negativa.

p Um dispositivo 2-D de ReS ₂ foi fabricado conforme esquematicamente representado na Figura 1. Depois de examinar sua configuração usando microscopia de força atômica (AFM), propriedades anisotrópicas foram investigadas por métodos ópticos e elétricos.

p Primeiro, as medições ópticas foram realizadas usando microscopia de diferença de refletância * 4) (RDM) desenvolvida pela presente equipe de pesquisa. Um dispositivo de ReS ₂ com espessura de 8 nm foi irradiado com luz polarizada de várias direções para determinar as duas direções axiais (princípio) do cristal 2-D (Figura 2).

p Próximo, a anisotropia elétrica foi medida com a mesma amostra para medições ópticas ao longo de 12 direções com um espaçamento de 30 graus. Essas medições também determinaram as duas direções principais que mostraram uma diferença de 110 graus. As mesmas medições foram realizadas com outro dispositivo de ReS ₂ , mas com uma espessura diferente (70 nm). Este último também produziu comportamento anisotrópico muito semelhante, indicando a natureza independente da espessura do fenômeno. Esses resultados são consistentes com trabalhos anteriores.

p O cristal 2-D ReS ₂ dispositivo cujos eixos principais foram determinados como acima foi preso em uma extremidade ao longo de um eixo principal e a outra extremidade foi movida em direção à extremidade fixa a uma velocidade especificada, isto é, foi aplicada uma tensão compressiva. O dispositivo gerou piezoresistência devido à deformação. Com uma extremidade fixa, a piezoresistência se recuperou completamente quando a deformação compressiva da outra extremidade voltou ao seu estado original.

p Por outro lado, quando o mesmo experimento foi realizado ao longo do outro eixo principal, a piezoresistência devido à deformação foi menor quando uma deformação maior foi aplicada e aumentou quando a deformação aplicada foi menor. O mesmo experimento foi repetido com diferentes ReS ₂ dispositivos, mas os resultados sempre foram consistentes. Assim, ReS ₂ Dispositivos cristalinos 2-D mostraram o oposto, isto é, piezoresistência positiva ou negativa dependendo dos eixos principais.

p Além disso, quando o mesmo experimento usando um único dispositivo foi repetido 28 vezes, quase os mesmos resultados foram obtidos. Isso indica que depois de aplicar uma tensão ao ReS ₂ dispositivo, a liberação da tensão permitiu que o efeito piezoresistente retornasse ao seu estado original.

p Embora o efeito piezoresistente seja resultado do ajuste de bandgap induzido por uma deformação, o efeito piezoelétrico é o resultado de uma distorção dependente da deformação da rede cristalina. Várias medições elétricas foram realizadas, o que também demonstrou que o fenômeno observado foi a piezoresistência e não o efeito piezoelétrico.

p O presente estudo demonstrou que o ReS ₂ Dispositivos 2-D mostraram o oposto, isto é, piezoresistência positiva e negativa dependendo dos eixos principais ao longo dos quais uma tensão foi aplicada. Esses efeitos piezoresistentes positivos e negativos, dependendo dos eixos principais, não foram observados em estudos anteriores. Assim, o presente estudo é o primeiro a identificar tal efeito. Espera-se que este estudo leve a amplas aplicações de ReS ₂ para a eletronica, como pele eletrônica, interfaces homem-máquina, sensores de tensão e assim por diante.