(Phys.org) —Angela Hight Walker della divisione Semiconduttori e metrologia dimensionale di PML e colleghi sono riusciti a misurare una proprietà precedentemente sconosciuta ma essenziale - la conduttività termica - di un materiale ultrasottile che dovrebbe svolgere un ruolo importante nel rapido- campo emergente della nanoelettronica.

Il composto è il bisolfuro di molibdeno (MoS2, o "moly" in breve), uno dei cosiddetti materiali 2D, quelli in cui una dimensione è spessa solo pochi nanometri. Il primo e più famoso membro di questa classe è il grafene, l'array di atomi di carbonio a forma di filo di pollo isolato solo dieci anni fa. Questo risultato è stato alla base del Premio Nobel per la Fisica 2010. Tali materiali sono di interesse sempre più urgente per i ricercatori e l'industria per l'uso in strutture di dispositivi elettronici avanzati con dimensioni delle caratteristiche misurate in nanometri (miliardesimi di metro) in grado di leggere, Scrivi, e memorizzare i dati in modi molto diversi dai transistor convenzionali.

Un certo numero di materiali 2D "esibiscono proprietà che possono abilitare nuovi dispositivi di memoria, " secondo la International Technology Roadmap for Semiconductors appena pubblicata, la guida del settore per l'innovazione futura. Moli, una sostanza costituita da strati alternati di molibdeno e zolfo, ciascuno di un solo atomo di spessore, mostra la promessa per la miniaturizzazione dell'archiviazione dei dati oltre gli attuali livelli di memoria flash. Ma fino a poco tempo fa, uno degli attributi chiave di Moly non era mai stato misurato.

"Quando abbiamo iniziato il nostro studio, si sapeva poco delle proprietà termiche di questo materiale, " Hight Walker dice, "eppure quell'informazione è di importanza cruciale La misurazione della conducibilità termica è un passaggio assolutamente critico nella valutazione di un materiale per applicazioni in elettronica - o in qualsiasi altro luogo, per questo motivo."

In una pubblicazione all'inizio di quest'anno, il team ha riportato le prime misurazioni della conduttività termica in monostrati di molibdeno, non solo con campioni supportati su substrati come lo zaffiro, o interagendo con isolanti elettrici come l'ossido di afnio, ma su campioni isolati di molibdeno sospesi nello spazio su aree aperte larghe circa 1,2 micrometri e quindi non influenzate dalle proprietà termiche dei materiali a contatto.

"Ciò che rende questo lavoro particolarmente significativo, " afferma Hight Walker del gruppo Nanoelectronics, "è che ora siamo in grado di sondare davvero le proprietà fisiche intrinseche del materiale. Scientificamente, questo è molto eccitante".

Il team ha utilizzato una tecnica chiamata spettroscopia Raman, che consiste nel far brillare luce laser monocromatica sul campione di molibdeno atomicamente sottile e rilevare la luce diffusa. La frequenza della luce diffusa dipende dal modo in cui il materiale si allunga e vibra, e durante l'imaging la temperatura influisce su queste vibrazioni.

Il gruppo studia l'effetto della temperatura in due modi:uno riscaldando l'ambiente del campione, e uno aumentando la potenza del laser sul campione. I ricercatori sono stati in grado di determinare che il molibdeno è circa 100 volte meno efficiente nel condurre il calore rispetto al grafene, ma che la sua risposta termica può essere modellata abbastanza bene.

Le nuove misurazioni forniscono il primo sguardo completo su come il molibdeno è influenzato dall'aumento di temperatura causato dalla corrente elettrica, leggero, o altre fonti. I risultati potrebbero accelerare l'uso del molibdeno - da solo o in combinazione con altri materiali 2D - in nuovi dispositivi elettronici, o altri usi previsti come la scissione dell'acqua per la generazione di idrogeno e elettrodi migliorati per batterie agli ioni di litio. "Capendo quali sono le sue proprietà, possiamo abbinarlo ad applicazioni per sfruttare la meraviglia del materiale, " dice Hight Walker.

È contemplata una vasta gamma di applicazioni. "Sebbene i dicalcogenuri dei metalli di transizione (TMD) bidimensionali (2D) siano stati studiati per decenni, i recenti progressi nella caratterizzazione dei materiali su scala nanometrica e nella fabbricazione di dispositivi hanno attirato una notevole attenzione nell'industria dei semiconduttori grazie alle nuove opportunità per i dispositivi elettronici e optoelettronici 2D, "dice Gennadi Bersuker, Fellow presso SEMATECH.

"Con la gamma di proprietà interessanti come la presenza di un band gap e l'elevata stabilità termica e meccanica, I materiali TMD hanno aperto nuove opportunità per un'ampia varietà di applicazioni, tra cui l'elettronica digitale a bassa potenza e flessibile, sensori, fotovoltaico, e spintronica."

I collaboratori del progetto includevano scienziati della Notre Dame e della Towson University, nonché dell'Ecole Polytechnique Federal de Lausanne in Svizzera, che ha fornito i campioni MoS2 di altissima qualità. Il lavoro è stato condotto presso i laboratori PML di Gaithersburg, dottore, che dispongono delle sofisticate attrezzature e strumentazioni necessarie per effettuare misurazioni di precisione.