E se un sensore che rileva una cosa potesse essere parte della cosa stessa? Gli ingegneri della Rice University credono di avere una soluzione bidimensionale per fare proprio questo.

Gli ingegneri della Rice, guidati dagli scienziati dei materiali Pulickel Ajayan e Jun Lou, hanno sviluppato un metodo per realizzare sensori piatti atomici che si integrano perfettamente con i dispositivi per riportare ciò che percepiscono.

I materiali 2-D elettronicamente attivi sono stati oggetto di molte ricerche dall'introduzione del grafene nel 2004. Anche se sono spesso propagandati per la loro forza, sono difficili da spostare dove sono necessari senza distruggerli.

I gruppi Ajayan e Lou, insieme al laboratorio dell'ingegnere della Rice Jacob Robinson, avere un nuovo modo per conservare i materiali e i circuiti associati, compresi gli elettrodi, intatti quando vengono spostati su superfici curve o lisce.

I risultati del loro lavoro appaiono sulla rivista dell'American Chemical Society ACS Nano .

Il team di Rice ha testato il concetto realizzando un fotorilevatore al seleniuro di indio dello spessore di 10 nanometri con elettrodi d'oro e posizionandolo su una fibra ottica. Perché era così vicino, il sensore di campo vicino si è effettivamente accoppiato con un campo evanescente, l'onda elettromagnetica oscillante che cavalca la superficie della fibra, e ha rilevato con precisione il flusso di informazioni all'interno.

Il vantaggio è che questi sensori possono ora essere incorporati in tali fibre dove possono monitorare le prestazioni senza aggiungere peso o ostacolare il flusso del segnale.

"Questo documento propone diverse possibilità interessanti per l'applicazione di dispositivi 2-D in applicazioni reali, " Lou ha detto. "Per esempio, le fibre ottiche sul fondo dell'oceano sono lunghe migliaia di miglia, e se c'è un problema, è difficile sapere dove è successo. Se disponi di questi sensori in posizioni diverse, puoi percepire il danno alla fibra."

Lou ha detto che i laboratori sono diventati bravi a trasferire il crescente elenco di materiali 2-D da una superficie all'altra, ma l'aggiunta di elettrodi e altri componenti complica il processo. "Pensa a un transistor, " ha detto. "Ha origine, elettrodi di drain e gate e un dielettrico (isolante) sulla parte superiore, e tutti questi devono essere trasferiti intatti. Questa è una sfida molto grande, perché tutti quei materiali sono diversi".

I materiali grezzi 2-D vengono spesso spostati con uno strato di polimetilmetacrilato (PMMA), più comunemente noto come plexiglas, in cima, e i ricercatori di Rice fanno uso di quella tecnica. Ma avevano bisogno di uno strato inferiore robusto che non solo mantenesse intatto il circuito durante lo spostamento, ma potesse anche essere rimosso prima di collegare il dispositivo al suo obiettivo. (Il PMMA viene rimosso anche quando il circuito raggiunge la sua destinazione.)

La soluzione ideale era la polidimetilglutarimide (PMGI), che può essere utilizzato come piattaforma di fabbricazione del dispositivo e facilmente inciso prima del trasferimento sul bersaglio. "Abbiamo impiegato un po' di tempo per sviluppare questo strato sacrificale, " ha detto Lou. PMGI sembra funzionare per qualsiasi materiale 2-D, come i ricercatori hanno sperimentato con successo anche con il diseleniuro di molibdeno e altri materiali.

Finora i laboratori Rice hanno sviluppato solo sensori passivi, ma i ricercatori ritengono che la loro tecnica renderà possibili sensori o dispositivi attivi per le telecomunicazioni, biorilevamento, plasmonica e altre applicazioni.