Científicos desarrollaron recientemente un plan para fabricar nuevas nanoheterostructuras usando materiales 2-D

Los nanocientíficos han desarrollado un plan para fabricar nuevas heteroestructuras a partir de diferentes tipos de materiales bidimensionales, capas de átomos individuales que pueden apilarse como’bloques de construcción nano-entrelazados’. Los científicos y físicos de materiales están entusiasmados con las propiedades de los materiales bidimensionales y sus aplicaciones potenciales.

Nanocientíficos de la Universidad Northwestern han desarrollado un plan para fabricar nuevas heteroestructuras a partir de diferentes tipos de materiales bidimensionales. Los materiales 2-D son capas de un solo átomo que pueden apilarse como «bloques de construcción de nano-entrelazados». Los científicos y físicos de materiales están entusiasmados con las propiedades de los materiales bidimensionales y sus aplicaciones potenciales. Los investigadores describen su plan en el Journal of Applied Physics, de AIP Publishing.

Arriba: Heteroestructura vertical MoSe2-WSe2, heterostructura radial MoS2-WS2, heterostructura híbrida MoS2-WS2 y representaciones de bloques de construcción de aleación MoSe2-WSe2 y modelos de estructura cristalina Abajo: Modelo de estructura cristalina de heterostructura vertical MoSe2-WSe2. Fotografía: Cain, Hanson y Dravid


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«Hemos esbozado una manera fácil, determinista y fácilmente desplegable de apilar y coser estas capas individuales en órdenes que no se ven en la naturaleza», dijo Jeffrey Cain, un autor del artículo que estuvo anteriormente en la Universidad Northwestern pero que ahora trabaja en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley y en la Universidad de California.

 

Cain explicó que para los nanocientíficos, «el sueño» es combinar materiales en 2-D en cualquier orden y cotejar una biblioteca de estas heteroestructuras con sus propiedades documentadas. Los científicos pueden entonces seleccionar las heteroestructuras apropiadas de la biblioteca para sus aplicaciones deseadas. Por ejemplo, la industria de la computación está tratando de hacer que los transistores sean más pequeños y rápidos para aumentar la potencia de computación. Un semiconductor a nanoescala con propiedades electrónicas favorables podría ser usado para hacer transistores en computadoras de próxima generación.

Hasta ahora, los nanocientíficos han carecido de métodos claros para fabricar heteroestructuras y aún no han podido desarrollar esta biblioteca. En este trabajo, los científicos buscaron resolver estos problemas de fabricación. Después de identificar las tendencias en la literatura, probaron diferentes condiciones para trazar los diferentes parámetros requeridos para cultivar heteroestructuras específicas a partir de cuatro tipos de materiales bidimensionales: disulfuro y diseleniuro de molibdeno y diseleniuro de tungsteno y diseleniuro. Para caracterizar completamente los productos finales atómicamente delgados, los científicos utilizaron técnicas de microscopía y espectrometría.

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El grupo se inspiró en la ciencia de los diagramas de transformación tiempo-temperatura en materiales clásicos, que traza perfiles de calentamiento y enfriamiento para generar microestructuras metálicas precisas. Basados en este método, los investigadores empaquetaron sus hallazgos en una técnica diagramática – el Diagrama Tiempo-Temperatura-Arquitectura.

«La gente había escrito anteriormente trabajos para morfologías específicas, pero lo hemos unificado todo y hemos permitido la generación de estas morfologías con una sola técnica», dijo Cain.

 

Los diagramas unificados Tiempo-Temperatura-Arquitectura proporcionan direcciones para las condiciones exactas requeridas para generar numerosas morfologías y composiciones de la heterostructura. Utilizando estos diagramas, los investigadores desarrollaron una biblioteca única de nanoestructuras con propiedades físicas de interés para físicos y científicos de materiales. Los científicos de la Universidad de Northwestern ahora están examinando los comportamientos que muestran algunos materiales en su biblioteca, como el flujo de electrones a través de las uniones cosidas entre materiales.

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Los investigadores esperan que el diseño de sus planos sea útil para la fabricación de la heteroestructura más allá de los primeros cuatro materiales. «Nuestros diagramas específicos necesitarían revisiones en el contexto de cada nuevo material, pero creemos que esta idea es aplicable y ampliable a otros sistemas materiales», dijo Cain.


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