p Nanomateriais podem fornecer a base de muitas tecnologias emergentes, incluindo extremamente pequeno, flexível, e eletrônicos transparentes. p Embora muitos nanomateriais exibam propriedades eletrônicas promissoras, cientistas e engenheiros ainda estão trabalhando para integrar melhor esses materiais para, eventualmente, criar semicondutores e circuitos com eles.

p Pesquisadores da Northwestern Engineering criaram heteroestruturas bidimensionais (2-D) a partir de dois desses materiais, grafeno e borofeno, dando um passo importante para a criação de circuitos integrados a partir desses nanomateriais.

p "Se você abrir um circuito integrado dentro de um smartphone, você veria muitos materiais diferentes integrados, "disse Mark Hersam, Walter P. Murphy Professor de Ciência e Engenharia de Materiais, quem liderou a pesquisa. "Contudo, atingimos os limites de muitos desses materiais tradicionais. Ao integrar nanomateriais como borofeno e grafeno juntos, estamos abrindo novas possibilidades na nanoeletrônica. "

p Com o apoio do Office for Naval Research e da National Science Foundation, os resultados foram publicados em 11 de outubro na revista Avanços da Ciência . Além de Hersam, Ph.D. em física aplicada o estudante Xiaolong Liu é co-autor deste trabalho.

p Criando um novo tipo de heteroestrutura

p Qualquer circuito integrado contém muitos materiais que executam funções diferentes, como conduzir eletricidade ou manter componentes isolados eletricamente. Mas, embora os transistores dentro dos circuitos tenham se tornado cada vez menores - graças aos avanços nos materiais e na fabricação - eles estão perto de atingir o limite de seu tamanho.

p Materiais ultrafinos 2-D como o grafeno têm o potencial de contornar esse problema, mas integrar materiais 2-D é difícil. Esses materiais têm apenas um átomo de espessura, então, se os átomos dos dois materiais não se alinham perfeitamente, é improvável que a integração seja bem-sucedida. Infelizmente, a maioria dos materiais 2-D não correspondem na escala atômica, apresentando desafios para circuitos integrados 2-D.

p Borofeno, a versão 2-D do boro que Hersam e colegas de trabalho sintetizaram pela primeira vez em 2015, é polimórfico, o que significa que pode assumir muitas estruturas diferentes e se adaptar ao seu ambiente. Isso o torna um candidato ideal para combinar com outros materiais 2-D, como o grafeno.

p Para testar se era possível integrar os dois materiais em uma única heteroestrutura, O laboratório de Hersam cultivou grafeno e borofeno no mesmo substrato. Eles cultivaram o grafeno primeiro, uma vez que cresce a uma temperatura mais elevada, em seguida, depositou boro no mesmo substrato e deixou-o crescer em regiões onde não havia grafeno. Este processo resultou em interfaces laterais onde, por causa da natureza acomodatícia do borofeno, os dois materiais costurados juntos na escala atômica.

p Medindo transições eletrônicas

p O laboratório caracterizou a heteroestrutura 2-D usando um microscópio de tunelamento de varredura e descobriu que a transição eletrônica através da interface foi excepcionalmente abrupta - o que significa que pode ser ideal para criar dispositivos eletrônicos minúsculos.

p "Esses resultados sugerem que podemos criar dispositivos de densidade ultra-alta no futuro, "Hersam disse. Hersam espera alcançar estruturas 2-D cada vez mais complexas que levam a novos dispositivos e circuitos eletrônicos. Ele e sua equipe estão trabalhando na criação de heteroestruturas adicionais com borofeno, combinando-o com um número crescente das centenas de materiais 2-D conhecidos.

p “Nos últimos 20 anos, novos materiais permitiram a miniaturização e, de forma correspondente, melhoraram o desempenho na tecnologia de transistores, "ele disse." Os materiais bidimensionais têm o potencial de dar o próximo salto. "