Según los científicos de la Universidad de Rice, las viejas reglas no se aplican necesariamente al construir componentes electrónicos con materiales bidimensionales.
El laboratorio de Rice del físico teórico Boris Yakobson analizó los híbridos que colocan materiales bidimensionales como el grafeno y el nitruro de boro lado a lado para ver qué sucede en la frontera. Descubrieron que las características electrónicas de tales híbridos "coplanares" difieren decomponentes más voluminosos
Sus resultados aparecen este mes en la revista American Chemical Society Nano letras .
Reducir la electrónica significa reducir sus componentes. Los laboratorios académicos y las industrias están estudiando cómo los materiales como el grafeno pueden permitir lo último en dispositivos delgados al construir todos los circuitos necesarios en una capa de un átomo de espesor.
"Nuestro trabajo es importante porque las uniones de semiconductores son un gran campo", dijo Yakobson. "Hay libros con modelos icónicos de comportamiento electrónico que están extremadamente bien desarrollados y se han convertido en los pilares establecidos de la industria".
"Pero todo esto es para interfaces de masa a masa entre metales tridimensionales", dijo. "Ahora que las personas están trabajando activamente para fabricar dispositivos bidimensionales, especialmente con electrónica coplanares, nos dimos cuenta de que las reglastienen que ser reconsiderados. Muchos de los modelos establecidos utilizados en la industria simplemente no se aplican "
Los investigadores dirigidos por el estudiante graduado de Rice Henry Yu construyeron simulaciones por computadora que analizan la transferencia de carga entre materiales con un espesor de átomo.
"Fue un paso lógico probar nuestra teoría tanto en metales como en semiconductores, que tienen propiedades electrónicas muy diferentes", dijo Yu. "Esto hace que el grafeno, que es un metal - o un semimetal, para ser precisos - molibdenodisulfuro y nitruro de boro, que son semiconductores, o incluso sus híbridos, sistemas ideales para estudiar.
"De hecho, estos materiales se han fabricado y utilizado ampliamente en la comunidad durante casi una década, lo que hace que el análisis de ellos sea más apreciable en el campo. Además, tanto los híbridos de disulfuro de grafeno-molibdeno como el nitruro de grafeno-boro han sido exitosossintetizado recientemente, lo que significa que nuestro estudio tiene un significado práctico y ahora se puede probar en el laboratorio ", dijo.
Yakobson dijo que los materiales en 3-D tienen una región estrecha para la transferencia de carga en la unión positiva y negativa o p / n. Pero los investigadores encontraron que las interfaces en 2-D crearon "una transferencia de carga altamente no localizada" - y unajunto con él, eso aumentó considerablemente el tamaño de la unión. Eso podría darles una ventaja en aplicaciones fotovoltaicas como las células solares, dijeron los investigadores.
El laboratorio construyó una simulación de un híbrido de grafeno y disulfuro de molibdeno y también consideró nitruro de grafeno-boro y grafeno en el que la mitad se dopaba para crear una unión ap / n. Sus cálculos predijeron la presencia de un campo eléctrico debería hacer 2-DLos dispositivos Schottky unidireccionales, como los transistores y diodos, son más ajustables según el tamaño del dispositivo.
La forma en que los átomos se alinean entre sí también es importante, dijo Yakobson. Tanto el grafeno como el nitruro de boro tienen redes hexagonales, por lo que se combinan perfectamente. Pero el disulfuro de molibdeno, otro material prometedor, no es exactamente plano, aunque todavía se considera 2-RE.
"Si las estructuras atómicas no coinciden, obtienes enlaces colgantes o defectos a lo largo de la frontera", dijo. "La estructura tiene consecuencias para el comportamiento electrónico, especialmente para lo que se llama fijación de nivel de Fermi".
La fijación puede degradar el rendimiento eléctrico al crear una barrera de energía en la interfaz, explicó Yakobson. "Pero su barrera de Schottky en la que la corriente se mueve en una sola dirección no cambia como se esperaba. Este es un fenómeno bien conocido para los semiconductores; es solo que en dos dimensiones, es diferente, y en este caso puede favorecer los sistemas 2-D sobre los sistemas 3-D "
Yakobson dijo que los principios presentados por el nuevo documento se aplicarán a los híbridos con diseño de dos o más parches 2-D. "Puedes hacer algo especial, pero los efectos básicos siempre están en las interfaces. Si quieres tener muchos transistoresen el mismo plano, está bien, pero aún debes considerar los efectos en los cruces.
"No hay ninguna razón por la que no podamos construir rectificadores, transistores o elementos de memoria en 2-D", dijo. "Serán los mismos que usamos habitualmente en los dispositivos ahora. Pero a menos que desarrollemos un conocimiento fundamental adecuado delfísica, pueden no hacer lo que diseñamos o planificamos "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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