p Uma equipe de pesquisadores de ciência dos materiais da Northwestern University desenvolveu um novo método para visualizar o movimento dinâmico dos átomos em materiais 2-D atomicamente finos. A técnica de imagem, que revela a causa subjacente por trás da falha de desempenho de um material 2-D amplamente usado, poderia ajudar os pesquisadores a desenvolver materiais mais estáveis ​​e confiáveis ​​para futuros vestíveis e dispositivos eletrônicos flexíveis. p Esses materiais 2-D, como grafeno e borofeno, são uma classe de camada única, materiais cristalinos com amplo potencial como semicondutores em ultrafinos avançados, eletrônica flexível. No entanto, devido à sua natureza sutil, os materiais são altamente sensíveis a ambientes externos, e têm lutado para demonstrar estabilidade e confiabilidade de longo prazo quando utilizados em dispositivos eletrônicos.

p "Os materiais 2-D atomicamente finos oferecem o potencial de reduzir drasticamente os dispositivos eletrônicos, tornando-os uma opção atraente para alimentar futuros eletrônicos flexíveis e vestíveis, "disse Vinayak Dravid, Abraham Harris Professor de Ciência e Engenharia de Materiais na Escola de Engenharia McCormick.

p O estudo, intitulado "Visualização direta da dinâmica estrutural induzida por campo elétrico em dichalcogenetos de metais de transição de monocamada, "foi publicado em 11 de fevereiro na revista ACS Nano . Dravid é o autor correspondente no artigo. Chris Wolverton, o professor Jerome B. Cohen de Ciência e Engenharia de Materiais, também contribuiu com a pesquisa.

p "Infelizmente, dispositivos eletrônicos agora funcionam como uma espécie de 'caixa preta'. Embora as métricas do dispositivo possam ser medidas, o movimento de átomos individuais dentro dos materiais responsáveis ​​por essas propriedades é desconhecido, o que limita muito os esforços para melhorar o desempenho, "acrescentou Dravid, que atua como diretor do Centro de Caracterização Atômica e em Nanoescala da Northwestern University (NUANCE). A pesquisa permite uma maneira de superar essa limitação com uma nova compreensão da dinâmica estrutural em jogo nos materiais 2-D que recebem tensão elétrica.

p Com base em um estudo anterior em que os pesquisadores usaram uma técnica de imagem em nanoescala para observar falhas em materiais 2-D causadas pelo calor, a equipe usou uma alta resolução, método de imagem em escala atômica chamado microscopia eletrônica para observar o movimento dos átomos no dissulfeto de molibdênio (MoS2), um material bem estudado, originalmente usado como lubrificante seco em graxas e materiais de fricção, que recentemente ganhou interesse por suas propriedades eletrônicas e ópticas. Quando os pesquisadores aplicaram uma corrente elétrica ao material, eles observaram seus átomos de enxofre altamente móveis moverem-se continuamente para áreas vazias no material cristalino, um fenômeno que eles apelidaram, "dança atômica."

p Esse movimento, por sua vez, fez com que os limites de grão do MoS2 - um defeito natural criado no espaço onde dois cristalitos dentro do material se encontrassem - se separassem, formando canais estreitos para a passagem da corrente.

p "À medida que esses limites de grãos se separam, você fica com apenas alguns canais estreitos, fazendo com que a densidade da corrente elétrica através desses canais aumente, "disse Akshay Murthy, um Ph.D. aluno do grupo de Dravid e autor principal do estudo. "Isso leva a densidades de potência mais altas e temperaturas mais altas nessas regiões, o que acaba levando a uma falha no material. "

p "É poderoso ser capaz de ver exatamente o que está acontecendo nesta escala, "Murthy continuou." Usando técnicas tradicionais, poderíamos aplicar um campo elétrico a uma amostra e ver as mudanças no material, mas não conseguíamos ver o que estava causando essas mudanças. Se você não sabe a causa, é difícil eliminar os mecanismos de falha ou impedir o comportamento daqui para frente. "

p Com esta nova maneira de estudar materiais 2-D em nível atômico, a equipe acredita que os pesquisadores poderiam usar esta abordagem de imagem para sintetizar materiais que são menos suscetíveis a falhas em dispositivos eletrônicos. Em dispositivos de memória, por exemplo, os pesquisadores puderam observar como as regiões onde as informações são armazenadas evoluem à medida que a corrente elétrica é aplicada e adaptam como esses materiais são projetados para um melhor desempenho.

p A técnica também pode ajudar a melhorar uma série de outras tecnologias, de transistores em bioeletrônica a diodos emissores de luz (LEDs) em produtos eletrônicos de consumo e células fotovoltaicas que compõem painéis solares.

p "Acreditamos que a metodologia que desenvolvemos para monitorar como os materiais 2-D se comportam sob essas condições ajudará os pesquisadores a superar os desafios contínuos relacionados à estabilidade do dispositivo, "Murthy disse." Este avanço nos deixa um passo mais perto de mover essas tecnologias do laboratório para o mercado. "