Los investigadores de la Universidad Johns Hopkins han desarrollado un nuevo método para producir cristales semiconductores atómicamente delgados que algún día podrían permitir dispositivos electrónicos más potentes y compactos.
Al utilizar superficies de silicio especialmente tratadas para adaptar el tamaño y la forma de los cristales, los investigadores han encontrado una forma potencialmente más rápida y menos costosa de producir cristales semiconductores de próxima generación para microchips. Los materiales cristalinos producidos de esta manera podrían a su vez permitir nuevosdescubrimientos científicos y acelerar los desarrollos tecnológicos en computación cuántica, electrónica de consumo y baterías y células solares de mayor eficiencia.
Los hallazgos se describen en un artículo publicado hoy en Nanotecnología de la naturaleza .
"Tener un método para esculpir cristales a nanoescala de forma precisa, rápida y sin la necesidad de procesos tradicionales de arriba hacia abajo, presenta grandes ventajas para la utilización generalizada de nanomateriales en aplicaciones tecnológicas", dijo Thomas J. Kempa, profesor de química enUniversidad Johns Hopkins que dirigió la investigación.
El equipo de Kempa empapó por primera vez sustratos de silicio, los soportes utilizados ampliamente en entornos industriales para procesar semiconductores en dispositivos, con gas fosfina. Cuando los cristales fueron inducidos a crecer en los soportes de silicio tratados con fosfina, los autores descubrieron que crecían en estructurasque eran mucho más pequeños y de mayor calidad que los cristales preparados por medios tradicionales.
Los investigadores descubrieron que la reacción de la fosfina con el soporte de silicio provocó la formación de una nueva "superficie de diseño". Esta superficie estimuló que los cristales crecieran como "cintas" horizontales en lugar de las láminas planas y triangulares que son típicamenteAdemás, la tez uniforme y la estructura de bordes limpios de estas cintas rivalizaban con la calidad de los nanocristales preparados a través de procesos de estampado y grabado estándar de la industria, que a menudo son laboriosos, largos y costosos, dijo Kempa.
Los nanocristales preparados en este estudio se denominan "dichoslcogenuros de metales de transición" o TMD. Al igual que el grafeno, los TMD han recibido gran atención por poseer propiedades potentes que son una consecuencia única de su escala "bidimensional". Pero los métodos de procesamiento convencionales luchan poraltere fácilmente la textura de los TMD de manera que se adapte a los nuevos descubrimientos y al desarrollo de tecnologías de mejor rendimiento.
Notablemente, las versiones de TMD que Kempa y su equipo pudieron crear eran tan pequeñas que las llamaron "unidimensionales" para diferenciarlas de las hojas bidimensionales habituales con las que la mayoría de los investigadores están familiarizados.
Las limitaciones de procesamiento de materiales son una de las razones por las cuales la Ley de Moore se ha desacelerado en los últimos años. La regla, planteada en 1965 por el cofundador de IBM Gordon E. Moore, establece que la cantidad de transistores y su rendimiento en un circuito integrado densose duplicará aproximadamente cada dos años. Empaquetar tantos transistores del tamaño de micras en microchips, o circuitos integrados, es la razón por la que la electrónica de consumo se ha vuelto cada vez más pequeña, rápida e inteligente en las últimas décadas.
Sin embargo, la industria de semiconductores ahora está luchando por mantener ese ritmo.
Las características notables de los cristales preparados por Kempa y su equipo incluyen :
2. Los investigadores pudieron cultivar directamente los cristales según sus especificaciones precisas cambiando la cantidad de fosfina.
3. El "sustrato de diseño" es "modular", lo que significa que los laboratorios académicos e industriales podrían usar esta tecnología junto con otros procesos de crecimiento de cristales existentes para fabricar nuevos materiales.
4. Los "sustratos de diseño" también son reutilizables, ahorrando dinero y tiempo en el procesamiento.
5. Los cristales unidimensionales en forma de cinta resultantes emiten luz cuyo color se puede ajustar ajustando el ancho de la cinta, lo que indica su potencial promesa en aplicaciones de información cuántica.
"Estamos contribuyendo con un avance fundamental en el control racional de la forma y dimensión de los materiales a nanoescala", dijo Kempa.
Este método puede "esculpir cristales a nanoescala de formas que antes no eran posibles", agregó. "Tal control sintético preciso del tamaño de los cristales en estas escalas de longitud no tiene precedentes"
"Nuestro método podría ahorrar tiempo y dinero de procesamiento sustancial", dijo. "Nuestra capacidad para controlar estos cristales a voluntad podría permitir aplicaciones en almacenamiento de energía, computación cuántica y criptografía cuántica".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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