A terceira dimensão pode ser responsável por evitar que a eletrônica se torne mais fina, menor e mais flexível, de acordo com uma colaboração internacional que desenvolveu uma maneira de fabricar novos materiais semicondutores bidimensionais idealizados. Eles publicaram sua abordagem em 3 de junho na Nano Research .
Os pesquisadores, liderados por Lin Zhou, professor associado de química da Universidade Jiao Tong de Xangai, na China, se concentraram no arseneto de índio (InAs), um semicondutor de banda estreita com propriedades úteis para eletrônicos de alta velocidade e fotodetectores infravermelhos altamente sensíveis. Ao contrário da maioria dos materiais 2D existentes com estruturas em camadas, o problema, disse Zhou, é que os InAs normalmente têm uma estrutura de treliça 3D, o que dificulta a transformação em filmes 2D ultrafinos para aplicações eletrônicas e optoeletrônicas avançadas.

"O crescimento de materiais 2D grandes e ultrafinos sem camadas tem sido um grande desafio, mas vale a pena resolver. Graças à sua alta mobilidade e bandgap ajustável, o 2D InAs pode ser um material crítico para a próxima geração de nanoeletrônica de alto desempenho , nanofotônicos e dispositivos quânticos", disse Zhou. "Ele tem as vantagens de ambos os InAs, como alta mobilidade da portadora, tamanho de bandgap pequeno e direto, e materiais 2D, que têm uma natureza ultrafina adequada para dispositivos de pequeno porte, são flexíveis e transparentes." Este trabalho também fornece uma maneira promissora de expandir ainda mais o grupo de semicondutores 2D, incorporando materiais com estruturas não estratificadas.

Os pesquisadores aproveitaram uma atração atômica fraca conhecida como força de van der Waals no crescimento da epitaxia. A força descreve como as moléculas neutras podem se conectar umas às outras, enquanto a epitaxia envolve a aplicação de uma sobreposição de um material a um substrato cristalino. Usando mica atomicamente plana, que é naturalmente em camadas, como substrato, os pesquisadores cultivaram uma fina camada de InAs. As moléculas no substrato de mica e as moléculas nos InAs são mutuamente atraídas o suficiente para se conectarem, evitando que os InAs cresçam em uma rede 3D. Além disso, o crescimento de van der Waals garante deslocamentos livres de tensão e sem desajuste em InAs 2D conforme crescido. Os InAs podem ser incrivelmente finos com propriedades desejadas.

Zhou também observou que o InAs e o substrato não se ligam covalentemente, então eles podem ser separados e o substrato reutilizado, tornando o processo de síntese mais econômico.

"Também descobrimos que podemos ajustar as propriedades do 2D InAs alterando a espessura do material devido ao efeito de confinamento quântico", disse Zhou. "O 2D InAs é fácil de adaptar para atingir as propriedades desejadas e integrar com outros compostos. Além de manipular a espessura durante a síntese, também podemos empilhar 2D InAs com outros materiais 2D para formar heterojunções para desempenho multifuncional, dando-lhes vantagens significativas em eletrônica e fotovoltaica."

O material 2D InAs final assume a forma de flocos triangulares, com cerca de cinco nanômetros de espessura. Isso é cerca de 0,0007 do tamanho de um único glóbulo vermelho. Quanto menor o material, menores serão os dispositivos que ele eventualmente compreenderá, disse Zhou.

"Antes deste trabalho, 2D de alta qualidade - o que significa menos de 10 nanômetros de espessura - InAs não havia sido relatado, muito menos uma síntese escalável de cristais únicos 2D InAs com propriedades ópticas e eletrônicas únicas", disse Zhou. "Nosso trabalho abre caminho para a miniaturização de dispositivos e integrações baseados em InAs."

Em seguida, Zhou disse que a equipe explorará novos semicondutores 2D para crescer com o objetivo final de alcançar uma síntese escalável de materiais 2D de alta qualidade em grandes áreas para aplicações multifuncionais. + Explorar mais

Estudo do arseneto de índio abre caminho para eletrônicos menores e mais poderosos