Uma equipe de cientistas "velcrou" estruturas 2D de MoS₂ e grafeno usando uma conexão covalente pela primeira vez. As estruturas 2D-2D foram usadas para construir transistores de efeito de campo robustos com comunicação eletrônica controlada, natureza química da interface e distância entre camadas.
O método mais difundido para a síntese de heteroestruturas 2D-2D é o crescimento direto de materiais uns sobre os outros. Estruturas 2D são materiais em camadas atomicamente finas que podem ser empilhadas para construir heteroestruturas funcionais. Em tais estruturas construídas por deposição atômica, as camadas 2D são fracamente ligadas por interações de van der Waals e podem ser desmontadas em alguns solventes ou processos térmicos. A falta de controle sobre a interface dos dois materiais em termos de comunicação eletrônica, natureza química ou distância entre camadas impede a construção de dispositivos multifuncionais robustos.

Uma equipe de pesquisadores da Universidad Autónoma de Madrid e IMDEA Nanociencia (Espanha) conectou covalentemente pela primeira vez camadas de materiais 2D:MoS₂ e grafeno. A equipe usou as ferramentas da química sintética para "costurar" vários flocos de MoS₂ a dispositivos de grafeno de camada única, usando uma molécula bifuncional com dois pontos de ancoragem. Os resultados, publicados agora em Nature Chemistry , mostram que as propriedades eletrônicas finais da heteroestrutura são dominadas pela interface molecular.

A combinação das propriedades semicondutoras do dicalcogeneto de metal de transição MoS₂ com a alta mobilidade do grafeno é particularmente atraente para múltiplas aplicações. O grupo construiu transistores de efeito de campo para testar as propriedades elétricas da estrutura. Eles encontraram uma modificação na característica de tensão do portão, com um deslocamento do cone de Dirac para tensões positivas e uma redução da corrente no mínimo.

Essa supressão de corrente no grafeno está inequivocamente associada à interrupção do sp ² hibridização em sp ³ devido à formação de ligações covalentes. Um experimento de controle com MoS puro₂ suspensa em cima do grafeno não apresentou alterações significativas na intensidade da banda D. Curiosamente, a mobilidade do portador de carga é conservada após a funcionalização e formação de ligação covalente entre MoS₂ e grafeno, sendo o grau de dopagem de grafeno controlável através do grau de funcionalização.

A fabricação dessas heteroestruturas covalentes 2D-2D é relativamente fácil. Um substrato de silício contendo uma folha de grafeno de camada única foi imerso em uma suspensão de MoS funcionalizado₂ em água a 35°C. Duas horas de funcionalização foram suficientes para promover a ligação covalente na maioria das manchas de grafeno. Para confirmar a funcionalização covalente, a espectroscopia Raman foi realizada para rastrear a transformação de sp ² átomos de carbono do grafeno para sp ³ como indicação de formação de uma nova ligação C-C.

Pela primeira vez, os pesquisadores usaram as ferramentas da química para ligar covalentemente materiais 2D. Os resultados mostram o poder da abordagem química para construir MoS₂ -heteroestruturas de grafeno além de van der Waals preservando a mobilidade da portadora do grafeno para dispositivos FET de alto desempenho. A conexão covalente vertical traz uma alavanca adicional para as propriedades finais dos nanodispositivos além das propriedades intrínsecas dos materiais, e tem potencial para homologação fácil de alto rendimento. + Explorar mais

Os cristais de grafeno crescem melhor sob cobertura de cobre