Uno ha completato una serie di calcoli teorici per prevederne le proprietà con l'aiuto di un enorme centro di calcolo. L'altro lo ha coltivato alla rinfusa prima di incerare i suoi baffi sottili come un atomo con l'aiuto del nastro adesivo.

Insieme, I chimici Xiao Cheng Zeng e Alexander Sinitskii dell'Università del Nebraska-Lincoln hanno dimostrato che un composto chiamato trisolfuro di titanio potrebbe salire alla ribalta dei materiali bidimensionali che stanno guadagnando popolarità tra i progettisti di microelettronica.

L'ascesa dei materiali 2-D - fogli spessi non più di pochi atomi - è iniziata con la dimostrazione del grafene nel 2004, che rimane il materiale più resistente e sottile conosciuto.

Zeng e Sinitskii hanno pubblicato due studi recenti che mostrano che il trisolfuro di titanio si confronta favorevolmente non solo con il grafene, ma anche fosforene e bisolfuro di molibdeno, altri materiali 2-D che hanno mostrato grandi promesse per le applicazioni elettroniche.

"Finora non c'era interesse per le proprietà del trisolfuro di titanio a pochi strati, " disse Zeng, un professore di chimica dell'Università Ameritas. "Siamo stati tra i primi a guardarli, e siamo stati molto eccitati da quello che abbiamo visto."

Lo studio teorico di Zeng ha rivelato che il trisolfuro di titanio 2-D ha il potenziale per trasportare gli elettroni più velocemente del fosforene e del disolfuro di molibdeno. Questa "mobilità elettronica" aiuta a dettare la velocità dei transistor, i dispositivi che controllano la corrente elettrica e amplificano la potenza elettrica in tecnologie che vanno dai cellulari alle navicelle spaziali.

I transistor costituiscono anche il nucleo dei semiconduttori, che passano rapidamente da uno stato "on" a conduzione di corrente a uno stato "off" di isolamento dalla corrente per rappresentare gli 1 e gli 0 del calcolo digitale.

Il grafene vanta una conduttività senza pari, ma soprattutto manca la qualità che può spegnerlo:un band gap, che descrive l'energia necessaria agli elettroni per saltare dalle loro orbite vicine attorno agli atomi a una "banda di conduzione" esterna che promuove la conduttività.

Zeng e Sinitskii hanno scoperto che il trisolfuro di titanio ha una banda proibita moderata che si avvicina a quella trovata nel silicio preferito dei semiconduttori, rendendolo ideale per l'accensione/spegnimento apprezzata in tali dispositivi. Il materiale produce anche una grande disparità tra le condizioni "on" e "off", che aiuta a distinguere tra 1 e 0 risultanti.

La banda proibita del materiale gli consente anche di assorbire particelle elementari di luce note come fotoni dalla maggior parte dello spettro di emissione del sole. A causa di ciò, il trisolfuro di titanio potrebbe anche rivelarsi utile nei progetti di celle solari, Sinitskii ha detto.

Sinitskii, un assistente professore di chimica, seguito i calcoli teorici di Zeng combinando titanio e zolfo per formare un blocco di trisolfuro di titanio. Ha quindi usato del nastro adesivo per strappare microscopici baffi del composto nello stesso modo in cui i pionieri del grafene hanno fatto con la grafite più di dieci anni fa.

Sinitskii ha trasformato quei baffi in transistor e ha diretto i test delle prestazioni che hanno confermato il lavoro del suo collega.

"Come teorico, Voglio sempre prevedere qualcosa, " Zeng ha detto. "Il sogno per noi è che qualcuno lo faccia in laboratorio.

"Non ho potuto fare a meno di dirlo ad Alex. È uno dei massimi esperti al mondo quando si tratta di realizzare materiali bidimensionali, e lo ha fatto solo un paio di mesi dopo (gli ho chiesto)."

Sinitskii ha affermato che i predecessori 2-D del trisolfuro di titanio dovrebbero aiutare ad accelerare gli sforzi del suo team per studiarlo e migliorarlo.

"Quando le persone hanno iniziato a lavorare con dispositivi basati sul grafene, il primo materiale bidimensionale, tutto era nuovo, " ha detto. "I ricercatori hanno studiato come i diversi parametri influenzano le prestazioni del dispositivo. Quando hanno iniziato a lavorare su altri materiali 2-D, la conoscenza generata dalla ricerca sul grafene è stata molto utile.

"Nel nostro caso, in realtà siamo in una buona posizione, perché possiamo imparare molto da quegli studi precedenti e applicare le conoscenze precedenti per realizzare transistor migliori dal trisolfuro di titanio".

Il recente studio di Zeng, pubblicato sulla rivista Angewandte Chemie Edizione Internazionale , è stato co-autore con il ricercatore post-dottorato Jun Dai. I ricercatori hanno eseguito i loro calcoli tramite l'Holland Computing Center dell'UNL.

Lo studio condotto da Sinitskii è apparso sulla rivista Nanoscala .