p Os cientistas visualizaram a estrutura eletrônica em um dispositivo microeletrônico pela primeira vez, abrindo oportunidades para dispositivos eletrônicos de alto desempenho bem ajustados. p Físicos da Universidade de Warwick e da Universidade de Washington desenvolveram uma técnica para medir a energia e o momento dos elétrons na operação de dispositivos microeletrônicos feitos de átomos finos, os chamados bidimensionais, materiais.

p Usando essas informações, eles podem criar representações visuais das propriedades elétricas e ópticas dos materiais para orientar os engenheiros na maximização de seu potencial em componentes eletrônicos.

p O estudo conduzido experimentalmente é publicado em Natureza hoje (17 de julho) e também pode ajudar a pavimentar o caminho para os semicondutores bidimensionais que provavelmente desempenharão um papel na próxima geração de eletrônicos, em aplicações como fotovoltaica, dispositivos móveis e computadores quânticos.

p A estrutura eletrônica de um material descreve como os elétrons se comportam dentro desse material, e, portanto, a natureza da corrente que flui através dele. Esse comportamento pode variar dependendo da voltagem - a quantidade de 'pressão' em seus elétrons - aplicada ao material, e, portanto, mudanças na estrutura eletrônica com voltagem determinam a eficiência dos circuitos microeletrônicos.

p Essas mudanças na estrutura eletrônica dos dispositivos operacionais são o que sustenta toda a eletrônica moderna. Até agora, Contudo, não há como ver diretamente essas mudanças para nos ajudar a entender como elas afetam o comportamento dos elétrons.

p Ao aplicar essa técnica, os cientistas terão as informações de que precisam para desenvolver componentes eletrônicos "ajustados" que funcionam com mais eficiência e operam com alto desempenho com menor consumo de energia. Também ajudará no desenvolvimento de semicondutores bidimensionais que são vistos como componentes potenciais para a próxima geração de eletrônicos, com aplicações em eletrônica flexível, fotovoltaica, e spintrônica. Ao contrário dos semicondutores tridimensionais de hoje, semicondutores bidimensionais consistem em apenas algumas camadas de átomos.

p O Dr. Neil Wilson, do Departamento de Física da Universidade de Warwick, disse:"Como a estrutura eletrônica muda com a voltagem é o que determina como um transistor em seu computador ou televisão funciona. Pela primeira vez, estamos visualizando diretamente essas mudanças. Não sendo capaz de ver como isso muda com as tensões era um grande elo que faltava. Este trabalho está no nível fundamental e é um grande passo na compreensão dos materiais e da ciência por trás deles.

p "O novo conhecimento sobre os materiais nos ajudou a entender as lacunas de banda desses semicondutores, qual é o parâmetro mais importante que afeta seu comportamento, de qual comprimento de onda de luz eles emitem, de como eles alternam a corrente em um transistor. "

p A técnica usa espectroscopia de fotoemissão de ângulo resolvido (ARPES) para 'excitar' elétrons no material escolhido. Ao focalizar um feixe de luz ultravioleta ou de raios-X em átomos em uma área localizada, os elétrons excitados são eliminados de seus átomos. Os cientistas podem então medir a energia e a direção da viagem dos elétrons, a partir do qual eles podem calcular a energia e o momento que tinham dentro do material (usando as leis da conservação da energia e do momento). Isso determina a estrutura eletrônica do material, que podem então ser comparados com previsões teóricas baseadas em cálculos de estrutura eletrônica de última geração realizados neste caso pelo grupo de pesquisa do coautor Dr. Nicholas Hine.

p A equipe testou a técnica usando grafeno antes de aplicá-la a semicondutores bidimensionais de dichalcogeneto de metal de transição (TMD). As medições foram feitas na linha de luz de espectromicroscopia no síncrotron ELETTRA na Itália, em colaboração com o Dr. Alexei Barinov e seu grupo lá.

p Dr. David Cobden, professor do Departamento de Física da Universidade de Washington, disse:"Antigamente, a única maneira de aprender sobre o que os elétrons estão fazendo em um dispositivo semicondutor operacional era comparar suas características de corrente-tensão com modelos complicados. Agora, graças aos avanços recentes que permitem que a técnica ARPES seja aplicada a pequenos pontos, combinado com o advento de materiais bidimensionais, onde a ação eletrônica pode ocorrer bem na superfície, podemos medir diretamente o espectro eletrônico em detalhes e ver como ele muda em tempo real. Isso muda o jogo. "

p Dr. Xiaodong Xu, do Departamento de Física e do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Washington, disse:"Esta técnica de espectroscopia poderosa abrirá novas oportunidades para estudar fenômenos fundamentais, tais como visualização de transição de fase topológica eletricamente ajustável e efeitos de dopagem em fases eletrônicas correlacionadas, que de outra forma são desafiadores. "