15:37 2024-02-08 science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu

_ O nouă metodă de „schimb de metal” pentru crearea heterostructurilor laterale ale materialelor 2D

_ Un nou Metoda „schimb de metal” pentru crearea heterostructurilor laterale ale materialelor 2D

Materiale bidimensionale (2D) conducătoare electronice sunt în prezent subiecte fierbinți de cercetare atât în ​​fizică, cât și în chimie, datorită proprietăților lor unice care au potențialul de a se deschide noi căi în știință și tehnologie. Mai mult, combinarea diferitelor materiale 2D, numite heterostructuri, extinde diversitatea proprietăților lor electrice, fotochimice și magnetice. Acest lucru poate duce la dispozitive electronice inovatoare care nu pot fi realizabile doar cu un singur material.

Heterostructurile pot fi fabricate în două moduri: vertical, cu materiale stivuite unul peste altul, sau lateral, unde materialele sunt stivuite lateral- alăturat pe același plan. Aranjamentele laterale oferă un avantaj special, limitând purtătorii de încărcare într-un singur plan și deschizând calea pentru dispozitive electronice excepționale „în plan”. Cu toate acestea, construcția joncțiunilor laterale este o provocare.

În acest sens, realizarea de materiale 2D realizate folosind materiale organice, numite „nanofoi de coordonare”, este promițătoare. Acestea pot fi create prin combinarea metalelor și liganzilor, de la cele cu proprietăți metalice, cum ar fi grafenul și proprietăți semiconductoare, cum ar fi dicalcogenurile de metal de tranziție, până la cele care posedă proprietăți izolante, cum ar fi nitrura de bor.

Aceste nanofoi permit un aspect unic. metoda numita transmetalare. Acest lucru permite sinteza heterostructurilor laterale cu „heterojoncțiuni”, care nu pot fi realizate prin reacție directă. Heterojuncțiile sunt interfețe între două materiale care au proprietăți electronice distincte și, prin urmare, pot servi ca dispozitive electronice.

În plus, prin utilizarea heterojoncțiilor de nanofoi coordonate, pot fi realizate noi proprietăți electronice care au fost dificil de realizat cu materialele 2D convenționale. creată. În ciuda acestor avantaje, cercetarea asupra transmetalării ca metodă de fabricare a heterostructurilor este încă limitată.

Pentru a aborda acest deficit de cunoștințe, o echipă de cercetători din Japonia, condusă de profesorul Hiroshi Nishihara de la Institutul de Cercetare pentru Știință și Tehnologia de la Universitatea de Știință din Tokyo (TUS), Japonia, a folosit transmetalarea secvențială pentru a sintetiza heterojoncțiuni laterale ale nanofoilor de coordonare Zn3BHT.

Echipa a inclus Dr. Choon Meng Tan, profesor asistent Naoya Fukui, profesor asistent Kenji Takada, și profesorul asistent Hiroaki Maeda, tot de la TUS. Studiul, un efort de cercetare comun al TUS, Universitatea din Cambridge, Institutul Național pentru Știința Materialelor (NIMS), Institutul de Tehnologie Kyoto și Institutul de Cercetare a Radiației Sincrotronului din Japonia (JASRI), a fost publicat în jurnalul Angewandte Chemie International Edition. pe 5 ianuarie 2024.

Echipa a fabricat și caracterizat mai întâi nanofoia de coordonare Zn3BHT. Apoi, au investigat transmetalarea Zn3BHT cu cupru și fier. Prof. Nishihara explică: „Prin imersiunea secvenţială şi limitată spaţial a nanofoii în soluţii apoase de cupru şi ioni de fier în condiţii blânde, am fabricat cu uşurinţă heterostructuri cu heterojoncţiuni în plan de fier transmetal şi nanofoi de cupru.”

Această metodă este un proces de soluție la temperatura camerei și presiunea atmosferică, de la fabricarea de nanofoi coordonate până la fabricarea heterojoncțiilor în plan. Acest proces este complet diferit de procesul de prelucrare în fază gazoasă, în vid, la temperatură înaltă, care este utilizat în tehnologia litografiei pentru semiconductori de siliciu.

Este un proces simplu și ieftin care nu necesită echipamente mari. Provocarea este cum să creați pelicule subțiri extrem de cristaline, fără impurități. Dacă sunt disponibili camere curate și reactivi înalt purificați, se vor obține în curând tehnici de fabricație viabile din punct de vedere comercial.

Heterojuncția fără sudură rezultată obținută de cercetători a demonstrat un comportament de rectificare comun în circuitele electronice. Testarea caracteristicilor diodei a relevat versatilitatea nanofoii de coordonare Zn3BHT. Aceste caracteristici pot fi schimbate cu ușurință fără echipament special. Mai mult, acest material permite, de asemenea, fabricarea unui circuit integrat dintr-o singură foaie de coordonare, fără nicio prelucrare de petice din materiale diferite.

Prof. Nishihara afirmă: „Elementele de rectificare ultrasubțiri (grosi nanometrice) obținute prin metoda noastră vor fi destul de utile pentru fabricarea de circuite integrate la scară foarte mare. În același timp, proprietățile fizice unice ale filmelor de strat monoatomic cu heterojoncțiuni în plan pot duce la dezvoltarea de noi elemente.”

În plus, prin utilizarea acestei reacții de transmetalare, este posibil să se creeze joncțiuni cu diferite proprietăți electronice, cum ar fi p–n, MIM (metal–izolant–metal) și MIS ( joncțiuni metal–izolator–semiconductor). Abilitatea de a lega izolatori topologici cu un singur strat va permite, de asemenea, noi dispozitive electronice, cum ar fi divizoarele de electroni și dispozitivele pe mai multe niveluri, care au fost prezise doar teoretic.

În general, acest studiu prezintă o tehnică simplă, dar puternică pentru realizarea heterostructurilor laterale. , marcând un pas semnificativ în cercetarea materialelor 2D.

(Fluierul)

Inapoi