p Para reduzir ainda mais os dispositivos eletrônicos e diminuir o consumo de energia, a indústria de semicondutores está interessada em usar materiais 2-D, mas os fabricantes precisam de um método rápido e preciso para detectar defeitos nesses materiais para determinar se o material é adequado para a fabricação do dispositivo. Agora, uma equipe de pesquisadores desenvolveu uma técnica para caracterizar de forma rápida e sensível os defeitos em materiais 2-D. p Os materiais bidimensionais são atomicamente finos, o mais conhecido sendo o grafeno, uma camada de átomos de carbono com a espessura de um único átomo.

p "As pessoas têm lutado para fazer esses materiais 2-D sem defeitos, "disse Mauricio Terrones, Verne M. Willaman Professor de Física, Estado de Penn. "Esse é o objetivo final. Queremos ter um material 2-D em um wafer de quatro polegadas com pelo menos um número aceitável de defeitos, mas você quer avaliá-lo de uma forma rápida. "

p Os pesquisadores, que representam a Penn State, Universidade do Nordeste, Rice University e Universidade Federal de Minas Gerais no Brasil - a solução é usar luz laser combinada com geração de segundo harmônico, um fenômeno no qual a frequência da luz incidindo sobre o material reflete no dobro da frequência original. Eles adicionam imagens de campo escuro, uma técnica em que a luz externa é filtrada para que os defeitos brilhem. De acordo com os pesquisadores, esta é a primeira vez em que a imagem em campo escuro foi usada, e fornece três vezes o brilho do método de imagem de campo claro padrão, tornando possível ver tipos de defeitos antes invisíveis.

p "A localização e identificação de defeitos com a geração de segundo harmônico de campo claro comumente usado são limitadas por causa dos efeitos de interferência entre diferentes grãos de materiais 2-D, "disse Leandro Mallard, um autor sênior em um artigo recente em Nano Letras e professor da Universidade Federal de Minas Gerais. "Neste trabalho, mostramos que, com o uso de SHG de campo escuro, removemos os efeitos de interferência e revelamos os limites e bordas dos grãos de materiais semicondutores 2-D. Essa nova técnica tem boa resolução espacial e pode gerar imagens de amostras de grandes áreas que poderiam ser utilizado para monitorar a qualidade do material produzido em escalas industriais. "

p Vincent H. Crespi, Distinto Professor de Física, Ciência e Engenharia de Materiais, e Química, Estado de Penn, adicionado, "Cristais são feitos de átomos, e assim os defeitos dentro dos cristais - onde os átomos estão mal colocados - também são de tamanho atômico.

p "Usualmente, poderoso, sondas experimentais caras e lentas que fazem microscopia usando feixes de elétrons são necessárias para discernir esses detalhes finos em um material, "disse Crespi." Aqui, usamos um método óptico rápido e acessível que extrai apenas o sinal que se origina do defeito em si para descobrir de forma rápida e confiável como os materiais 2-D são costurados a partir de grãos orientados de maneiras diferentes. "

p Outro co-autor comparou a técnica a encontrar um zero específico em uma página cheia de zeros.

p "No campo escuro, todos os zeros são tornados invisíveis para que apenas o zero defeituoso se destaque, "disse Yuanxi Wang, professor assistente de pesquisa no Instituto de Pesquisa de Materiais da Penn State.

p A indústria de semicondutores quer ter a capacidade de verificar se há defeitos na linha de produção, mas materiais 2-D provavelmente serão usados ​​em sensores antes de serem usados ​​em eletrônica, de acordo com Terrones. Como os materiais 2-D são flexíveis e podem ser incorporados em espaços muito pequenos, eles são bons candidatos para vários sensores em um smartwatch ou smartphone e uma miríade de outros lugares onde pequenos, sensores flexíveis são necessários.

p "A próxima etapa seria uma melhoria da configuração experimental para mapear defeitos de dimensão zero - vagas atômicas, por exemplo - e também estendê-la a outros materiais 2-D que hospedam diferentes propriedades eletrônicas e estruturais, "disse o autor principal Bruno Carvalho, um ex-pesquisador visitante do grupo de Terrones,