I nanoscienziati della Northwestern University hanno sviluppato un progetto per fabbricare nuove eterostrutture da diversi tipi di materiali 2-D. I materiali 2-D sono strati di singoli atomi che possono essere impilati insieme come "mattoni nano-incastrabili". Gli scienziati e i fisici dei materiali sono entusiasti delle proprietà dei materiali 2-D e delle loro potenziali applicazioni. I ricercatori descrivono il loro progetto nel Rivista di fisica applicata .

"Abbiamo delineato un facile, modo deterministico e facilmente implementabile per impilare e unire questi singoli strati in ordini non visti in natura, " disse Jeffrey Cain, un autore del documento che in precedenza era alla Northwestern University, ma ora è al Lawrence Berkeley National Laboratory e all'Università della California.

Cain ha spiegato che per i nanoscienziati, "il sogno" è combinare materiali 2-D in qualsiasi ordine e raccogliere una libreria di queste eterostrutture con le loro proprietà documentate. Gli scienziati possono quindi selezionare le eterostrutture appropriate dalla libreria per le applicazioni desiderate. Ad esempio, l'industria informatica sta cercando di rendere i transistor più piccoli e veloci per aumentare la potenza di calcolo. Un semiconduttore su nanoscala con proprietà elettroniche favorevoli potrebbe essere utilizzato per realizzare transistor nei computer di prossima generazione.

Finora, i nanoscienziati non hanno metodi chiari per fabbricare eterostrutture, e non sono ancora stato in grado di sviluppare questa libreria. In questo lavoro, gli scienziati hanno cercato di risolvere questi problemi di fabbricazione. Dopo aver individuato le tendenze in letteratura, hanno testato diverse condizioni per mappare i diversi parametri necessari per far crescere eterostrutture specifiche da quattro tipi di materiali 2-D:bisolfuro di molibdeno e diseleniuro, e disolfuro di tungsteno e diseleniuro. Per caratterizzare completamente i prodotti finali atomicamente sottili, gli scienziati hanno utilizzato tecniche di microscopia e spettrometria.

Il gruppo è stato ispirato dalla scienza dei diagrammi di trasformazione tempo-temperatura nei materiali classici, che mappa i profili di riscaldamento e raffreddamento per generare microstrutture metalliche precise. Sulla base di questo metodo, i ricercatori hanno impacchettato le loro scoperte in una tecnica schematica:il diagramma tempo-temperatura-architettura.

"Le persone avevano precedentemente scritto articoli per morfologie specifiche, ma abbiamo unificato tutto e permesso la generazione di queste morfologie con una tecnica, " disse Caino.

I diagrammi unificati tempo-temperatura-architettura forniscono indicazioni per le condizioni esatte richieste per generare numerose morfologie e composizioni eterostrutturali. Utilizzando questi diagrammi, i ricercatori hanno sviluppato una libreria unica di nanostrutture con proprietà fisiche di interesse per fisici e scienziati dei materiali. Gli scienziati della Northwestern University stanno ora esaminando i comportamenti mostrati da alcuni materiali nella loro biblioteca, come il flusso di elettroni attraverso le giunzioni cucite tra i materiali.

I ricercatori sperano che il loro progetto di progetto sarà utile per la fabbricazione di eterostrutture oltre i primi quattro materiali. "I nostri diagrammi specifici avrebbero bisogno di revisioni nel contesto di ogni nuovo materiale, ma pensiamo che questa idea sia applicabile ed estendibile ad altri sistemi materiali, " disse Caino.