Técnica simples inaugura a tão procurada classe de semicondutores

Descoberta de uma nova estrutura de super-rede exibindo o efeito Hall anisotrópico. (a) Efeito Hall anisotrópico. (b) Imagem em corte transversal de microscopia eletrônica de transmissão de varredura (STEM) da estrutura da super-rede 2D-VS2/1D-VS. (c) Modelo esquemático da super-rede híbrida 2D/1D. Crédito:Y. C. Lin

Avanços na microeletrônica moderna dependem da compreensão e manipulação do movimento dos elétrons no metal. Reduzir a espessura das folhas de metal para a ordem de nanômetros pode permitir um controle requintado sobre como os elétrons do metal se movem. Ao fazer isso, pode-se conferir propriedades que não são vistas em metais a granel, como a condução ultrarrápida de eletricidade. Agora, pesquisadores da Universidade de Osaka e parceiros de colaboração sintetizaram uma nova classe de super-redes nanoestruturadas. Este estudo permite um grau excepcionalmente alto de controle sobre o movimento de elétrons dentro de semicondutores metálicos, o que promete melhorar a funcionalidade das tecnologias cotidianas.
Ajustar com precisão a arquitetura de nanofolhas metálicas e, assim, facilitar funcionalidades microeletrônicas avançadas, continua sendo uma linha de trabalho contínua em todo o mundo. De fato, vários prêmios Nobel foram concedidos a esse tópico. Os pesquisadores sintetizam convencionalmente super-redes nanoestruturadas – camadas alternadas de metais, intercaladas – a partir de materiais da mesma dimensão; por exemplo, folhas 2D intercaladas. Um aspecto chave do trabalho dos pesquisadores atuais é sua fabricação fácil de super-redes hetero-dimensionais; por exemplo, cadeias de nanopartículas 1D intercaladas em nanofolhas 2D.

“Superredes heterodimensionais em nanoescala são tipicamente difíceis de preparar, mas podem exibir propriedades físicas valiosas, como condutividade elétrica anisotrópica”, explica Yung-Chang Lin, autor sênior. "Desenvolvemos um meio versátil de preparar essas estruturas e, ao fazê-lo, inspiraremos a síntese de uma ampla gama de superestruturas personalizadas".

(a) Modelo convencional de estrutura de super-rede consistindo de diferentes materiais 2D. (b) Modelo de estrutura de super-rede recentemente descoberto que consiste em materiais bidimensionais (tipo filme) e unidimensionais (tipo cadeia). Crédito:Y. C. Lin

Os pesquisadores usaram a deposição de vapor químico – uma técnica de nanofabricação comum na indústria – para preparar super-redes à base de vanádio. Esses semicondutores magnéticos exibem o que é conhecido como efeito Hall anisotrópico anômalo (AHE):significando acúmulo de carga direcionalmente focado sob condições de campo magnético no plano (nas quais o efeito Hall convencional não é observado). Normalmente, o AHE é observado apenas em temperaturas ultra-baixas. Na presente pesquisa, o AHE foi observado em temperatura ambiente e superior, até pelo menos o ponto de ebulição da água. A geração do AHE em temperaturas práticas facilitará seu uso em tecnologias cotidianas.

(a) Modelo atômico da estrutura de empilhamento da super-rede VS2-VS vista de cima. As bolas vermelhas e amarelas representam os átomos V e S. (b) Modelo atômico da super-rede VS2-VS visto de lado. O retângulo verde é a célula unitária da super-rede. (c,d) imagens STEM de estrutura de super-rede de filme 2D/cadeia 1D/filme 2D (VS2/VS/VS2) e filme 2D/cadeia 1D/filme 2D/cadeia 1D/filme 2D (VS2 /VS/VS2/VS/VS2) e as imagens STEM simuladas correspondentes. (e) Perda de energia do elétron perto da estrutura fina da borda L do átomo V. Crédito:Y. C. Lin

"Uma promessa chave da nanotecnologia é o fornecimento de funcionalidades que você não pode obter de materiais a granel", afirma Lin. "Nossa demonstração de um efeito Hall anômalo não convencional à temperatura ambiente e acima abre uma riqueza de possibilidades para a futura tecnologia de semicondutores, todas acessíveis por processos convencionais de nanofabricação".

O presente trabalho ajudará a melhorar a densidade do armazenamento de dados, a eficiência da iluminação e a velocidade dos dispositivos eletrônicos. Ao controlar com precisão a arquitetura em nanoescala de metais que são comumente usados na indústria, os pesquisadores fabricarão uma tecnologia excepcionalmente versátil que supera a funcionalidade dos materiais naturais.

O artigo, "Superlattice heterodimensional com efeito Hall anômalo à temperatura ambiente", foi publicado na Nature . + Explorar mais