Questo diagramma mostra un singolo strato di film sottile di MoSe2 (sfere verdi e gialle) cresciuto su uno strato di grafene (sfere nere) che si è formato sulla superficie di un substrato di carburo di silicio. Gli scienziati che hanno realizzato il materiale e misurato i dettagli della sua struttura elettronica hanno scoperto che è una scelta naturale per rendere sottili, elettronica flessibile basata sulla luce. Credito:Yi Zhang/Stanford Institute for Materials and Energy Sciences and Advanced Light Source, Berkeley Lab
(Phys.org) —Scienziati dello SLAC, Stanford e Berkeley Lab hanno coltivato fogli di un materiale esotico in un singolo strato atomico e ne hanno misurato la struttura elettronica per la prima volta. Hanno scoperto che è una scelta naturale per dimagrire, elettronica flessibile basata sulla luce.
In uno studio pubblicato il 22 dicembre in Nanotecnologia della natura , i ricercatori danno una ricetta per realizzare i fogli più sottili possibili del materiale, chiamato diseleniuro di molibdeno o MoSe 2 , in modo preciso e controllato, utilizzando una tecnica comune nella produzione di componenti elettronici.
"Abbiamo trovato la ricetta giusta, e lo forniamo nel documento in modo che le persone possano svilupparlo maggiormente per scopi industriali, " disse Sung-Kwan Mo, uno scienziato del fascio presso l'Advanced Light Source (ALS) del Lawrence Berkeley National Laboratory, dove è stato realizzato il materiale.
"Sulla base dei test alla SLA e a Stanford, ora possiamo dire MoSe 2 ha possibili applicazioni in dispositivi fotoelettronici, come rilevatori di luce e celle solari, " disse Yi Zhang, un ricercatore post-dottorato che ha progettato e costruito l'attrezzatura utilizzata per realizzare i fogli sottili, e il primo autore del rapporto. Il materiale ha anche il potenziale per nuovi tipi di elettronica che sono ancora nel futuro, Egli ha detto. Zhang è affiliato al Berkeley Lab e allo Stanford Institute for Materials and Energy Sciences, che è gestito congiuntamente con SLAC National Accelerator Laboratory.
Fogli atomici singoli di MoSe 2 hanno suscitato molto interesse scientifico ultimamente perché appartengono a una piccola classe di materiali che assorbono la luce e brillano con grande efficienza.
Ma fino ad ora, nessuno era stato in grado di realizzare strati estremamente sottili di MoSe 2 in quantità significative e osservare direttamente l'evoluzione della loro struttura elettronica. Questo è importante perché il comportamento elettronico di un materiale può cambiare radicalmente, e in modi utili, quando i suoi elettroni sono confinati in strati così sottili.
Per fare le lenzuola, i ricercatori hanno riscaldato molibdeno e selenio in una camera a vuoto presso la SLA fino a quando non sono evaporati. I due elementi si combinavano e si depositavano come un sottile, pellicola di alta qualità. Modificando il processo, nota come epitassia a fascio molecolare, gli scienziati sono stati in grado di far crescere pellicole con uno spessore da uno a otto strati atomici.
Il team ha sondato la struttura elettronica del film con il potente raggio di raggi X della SLA, e poi con l'attrezzatura a Stanford. Hanno trovato la prima prova sperimentale diretta che il materiale cambia bruscamente la struttura elettronica, diventando un assorbitore ed emettitore di luce visibile molto più efficiente, quando realizzati in fogli atomicamente sottili.
Il team ha anche scoperto che gli elettroni con spin diversi - descritti come "su" o "giù" - viaggiano lungo percorsi diversi e in direzioni opposte attraverso la struttura esagonale del MoSe a strato singolo. 2 . Questo potrebbe rivelarsi utile in "spintronica, " una tecnologia di nuova generazione che utilizzerebbe gli spin degli elettroni, piuttosto che la loro carica, trasportare e archiviare informazioni, disse Yongtao Cui, un ricercatore post-dottorato di Stanford che è stato coinvolto nella sperimentazione del film.
La nuova struttura di MoSe2 potrebbe anche prestarsi a un concetto ancora più nuovo chiamato "valleytronics, " in cui sia la rotazione che la carica vengono utilizzate per trasportare e memorizzare informazioni. Questa idea è emersa nel 2002; come la spintronica, viene esplorato con entusiasmo come un potenziale modo per continuare la tendenza verso i più piccoli, Più veloce, dispositivi elettronici più economici.
"Questo campo è ancora nella fase iniziale di sviluppo, " Cui ha detto. "La gente ha queste applicazioni in mente, ma man mano che la ricerca procede, potrebbero scoprire nuovi aspetti di questi materiali, e possibilmente nuove applicazioni."
