p Pesquisadores da Tokyo Metropolitan University desenvolveram camadas cristalinas atomicamente finas de dichalcogenetos de metais de transição (TMDCs) com composição variável no espaço, alimentação contínua em diferentes tipos de TMDC para uma câmara de crescimento para adaptar as mudanças nas propriedades. Os exemplos incluem tiras de 20 nanômetros cercadas por TMDCs com interfaces atomicamente retas e estruturas em camadas. Eles também investigaram diretamente as propriedades eletrônicas dessas heteroestruturas; as aplicações potenciais incluem eletrônicos com eficiência de energia incomparável. p Semicondutores são indispensáveis; circuitos integrados baseados em silício sustentam a operação de todas as coisas digitais, de dispositivos discretos, como computadores, smartphones e eletrodomésticos para controlar componentes para todas as aplicações industriais possíveis. Uma ampla gama de pesquisas científicas foi direcionada para as próximas etapas no projeto de semicondutores, particularmente a aplicação de novos materiais para engenharia mais compacta, circuitos eficientes que alavancam o comportamento da mecânica quântica de materiais na escala nanométrica. De especial interesse são os materiais com uma dimensionalidade fundamentalmente diferente; o exemplo mais famoso é o grafeno, uma rede bidimensional de átomos de carbono que é atomicamente fina.

p Os dichalcogenetos de metais de transição (ou TMDCs) são candidatos promissores para incorporação em novos dispositivos semicondutores. Composto por metais de transição como molibdênio e tungstênio e um calcogênio (ou elemento do Grupo 16) como enxofre ou selênio, eles podem formar estruturas cristalinas em camadas cujas propriedades mudam drasticamente quando o elemento metálico é alterado, de metais normais a semicondutores, até mesmo para supercondutores. Ao tecer controladamente domínios de TMDCs diferentes em uma única heteroestrutura (feita de domínios com composição diferente), pode ser possível produzir eletrônicos atomicamente finos com distintos, propriedades superiores aos dispositivos existentes.

p Uma equipe liderada pelo Dr. Yu Kobayashi e o Professor Associado Yasumitsu Miyata da Tokyo Metropolitan University tem estado na vanguarda dos esforços para criar heteroestruturas bidimensionais com diferentes TMDCs usando deposição em fase de vapor, a deposição de material precursor em um estado de vapor sobre uma superfície para formar camadas cristalinas atomicamente planas. Um dos maiores desafios que enfrentaram foi criar uma interface perfeitamente plana entre diferentes domínios, um recurso essencial para obter o máximo desses dispositivos. Agora, eles tiveram sucesso na engenharia de um processo contínuo para cultivar tiras cristalinas bem definidas de diferentes TMDCs na borda dos domínios existentes, criando tiras tão finas quanto 20 nm com uma composição diferente. Seu novo processo usa precursores líquidos que podem ser alimentados sequencialmente em uma câmara de crescimento; otimizando a taxa de crescimento, eles foram capazes de desenvolver heteroestruturas com domínios distintos ligados perfeitamente em bordas atomicamente retas. Eles fotografaram diretamente a ligação usando microscopia de tunelamento de varredura (STM), encontrando excelente acordo com primeiros princípios simulações numéricas de como deve ser uma interface ideal. A equipe usou quatro TMDCs diferentes, e também realizou uma heteroestrutura camada sobre camada.

p Ao criar interfaces atomicamente nítidas, elétrons podem ser efetivamente confinados a espaços unidimensionais nesses dispositivos 2-D, para controle requintado de transporte de elétrons e resistividade, bem como propriedades ópticas. A equipe espera que isso possa abrir caminho para dispositivos com eficiência energética incomparável e novas propriedades ópticas.