Un nuevo conocimiento de por qué los materiales bidimensionales sintéticos a menudo realizan órdenes de magnitud peor de lo previsto fue alcanzado por equipos de investigadores liderados por Penn State. Buscaron formas de mejorar el rendimiento de estos materiales en el futuro de la electrónica, la fotónica y el almacenamiento de memoriaaplicaciones.
Los materiales bidimensionales son películas de solo un átomo o dos de espesor. Los investigadores fabrican materiales bidimensionales mediante el método de exfoliación, pelando una rodaja de material de un material a granel más grande, o condensando un precursor de gas en un sustrato.El primer método proporciona materiales de mayor calidad, pero no es útil para hacer dispositivos. El segundo método está bien establecido en aplicaciones industriales, pero produce películas 2D de bajo rendimiento.
Los investigadores demostraron, por primera vez, por qué la calidad de los materiales bidimensionales cultivados por el método de deposición química de vapor tienen un rendimiento pobre en comparación con sus predicciones teóricas. Informan sus resultados en un número reciente de Informes científicos .
"Crecimos disulfuro de molibdeno, un material 2D muy prometedor, sobre un sustrato de zafiro", dijo Kehao Zhang, candidato a doctorado de Joshua Robinson, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales, Penn State. "El zafiro en sí es óxido de aluminio".Cuando el aluminio es la capa superior del sustrato, le gusta ceder sus electrones a la película. Este fuerte dopaje negativo los electrones tienen carga negativa limita la intensidad y la vida útil del portador para la fotoluminiscencia, dos propiedades importantes para todosaplicaciones optoelectrónicas, como fotovoltaica y fotosensores "
Una vez que determinaron que el aluminio estaba cediendo electrones a la película, usaron un sustrato de zafiro que se cortó de tal manera que exponga el oxígeno en lugar del aluminio en la superficie. Esto mejoró la intensidad de fotoluminiscencia y la vida útil del portadorpor 100 veces.
En un trabajo relacionado, un segundo equipo de investigadores dirigido por el mismo grupo de Penn State usó ingeniería antidopaje que sustituye átomos extraños en la red cristalina de la película para cambiar o mejorar las propiedades del material. Informaron su trabajo esta semanaen materiales funcionales avanzados.
"La gente ya había intentado el dopaje por sustitución, pero debido a que la interacción del sustrato de zafiro detectó los efectos del dopaje, no pudieron desconvolucionar el impacto del dopaje", dijo Zhang, quien también fue el autor principal del segundo artículo.
Utilizando la superficie del sustrato terminada en oxígeno del primer artículo, el equipo eliminó el efecto de cribado del sustrato y dopado la película 2-D de disulfuro de molibdeno con átomos de renio.
"Deconvolucionamos los efectos de dopaje de renio en el material", dijo Zhang. "Con este sustrato podemos llegar hasta el 1 por ciento atómico, la concentración de dopaje más alta jamás reportada. Un beneficio inesperado es que dopando el renio en los pasivados del enrejadoEl 25 por ciento de las vacantes de azufre, y las vacantes de azufre son un problema de larga data con los materiales 2-D ".
El dopaje resuelve dos problemas: hace que el material sea más conductor para aplicaciones como transistores y sensores, y al mismo tiempo mejora la calidad de los materiales al pasivar los defectos llamados vacantes de azufre. El equipo predice que un mayor dopaje con renio podría eliminar por completolos efectos de las vacantes de azufre
"El objetivo de todo mi trabajo es llevar este material a niveles tecnológicamente relevantes, lo que significa que sea industrialmente aplicable", dijo Zhang.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Estado Penn . Original escrito por Walt Mills. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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