Os cientistas da EPFL desenvolveram um método para alterar as propriedades físicas de materiais 2-D permanentemente usando uma ponta nanométrica. A abordagem deles, que envolve deformar os materiais, abre caminho para o uso desses materiais em dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos.

Todos os materiais vêm com seu próprio conjunto de propriedades - eles podem ser isolantes, semicondutor, metálico, transparente ou flexível, por exemplo. Alguns combinam várias propriedades muito úteis, que é o caso de materiais 2-D. Composto por apenas uma ou algumas camadas de átomos, esses materiais são altamente promissores para a fabricação de dispositivos eletrônicos e optoeletrônicos de última geração.

"Em nosso campo, o silício ainda é rei. Mas está atingindo seus limites para alguns dispositivos eletrônicos, como aqueles que precisam ser flexíveis ou transparentes. Materiais 2-D podem ser uma alternativa viável, "diz Jürgen Brugger, o professor que chefia o Laboratório de Microssistemas 1 da Escola de Engenharia da EPFL.

Personalização de propriedades para aplicativos específicos

Antes que os materiais 2-D possam ser usados, eles precisam ser estruturados, o que significa cortá-los no tamanho e forma certos para a aplicação dada. Suas propriedades físicas (como o bandgap) também precisam ser ajustadas, em todo o material e em locais específicos. Cientistas do Laboratório de Microsistemas 1, trabalhando em associação com ETH Zurich e IBM, desenvolveram um novo método para alterar as propriedades desses materiais.

Materiais deformadores com ponta nanométrica

A equipe de pesquisa usou litografia de sonda de varredura térmica (t-SPL), que envolve colocar uma ponta nanométrica aquecida no material e exercer pressão para criar a forma desejada - neste caso, ondulado - enquanto controla cuidadosamente a força e a temperatura. "Já existem vários métodos para deformar materiais 2-D global e localmente. Mas nossa abordagem termo-mecânica pode criar deformações maiores e, portanto, produzir variações mais amplas nas propriedades físicas de um material, "diz Ana Conde-Rubio, um cientista do laboratório EPFL. Mais especificamente, o novo método pode alterar a lacuna de energia entre a banda de valência e a banda de condução, consequentemente alterando as propriedades eletrônicas e ópticas do material. E essa mudança no bandgap pode ser realizada localmente com uma resolução espacial de até 20 nanômetros.

Uma única ferramenta para cortar e modificar materiais 2-D

Os cientistas já haviam desenvolvido um método para cortar materiais 2-D com alta precisão. Agora, o objetivo é combinar esse método com esta nova forma de alterar as propriedades do material. "Usando a mesma ferramenta, o t-SPL, seremos capazes de fabricar dispositivos com a forma desejada, dimensões e propriedades físicas, com uma resolução até a escala de 10 nanômetros ", diz Xia Liu, outro cientista no laboratório de Brugger. As descobertas da equipe foram publicadas em Nano Letras .

Seu trabalho faz parte de um projeto maior de pesquisa para desenvolver novos processos de fabricação e modificação de materiais poliméricos para vestíveis e implantáveis. O objetivo é permitir a transição da produção em escala de laboratório para a produção em escala industrial de dispositivos de última geração.