I semiconduttori bidimensionali (2-D) sono promettenti per l'informatica quantistica e l'elettronica futura. Ora, i ricercatori possono convertire l'oro metallico in semiconduttore e personalizzare il materiale atomo per atomo sui nanotubi di nitruro di boro.

L'oro è un materiale conduttivo già ampiamente utilizzato come interconnessioni nei dispositivi elettronici. Poiché l'elettronica è diventata più piccola e più potente, anche i materiali semiconduttori coinvolti si sono ridotti. Però, i computer sono diventati il ​​più piccolo possibile con i progetti esistenti:per rompere la barriera, i ricercatori si immergono nella fisica alla base del calcolo quantistico e nei comportamenti insoliti dell'oro nella meccanica quantistica.

I ricercatori possono convertire l'oro in punti quantici semiconduttori costituiti da un singolo strato di atomi. Il loro gap energetico, o banda proibita, è formato dal confinamento quantistico, un effetto quantistico quando i materiali si comportano come atomi poiché le loro dimensioni diventano così piccole che si avvicinano alla scala molecolare. Questi punti quantici d'oro 2-D possono essere utilizzati per l'elettronica con un bandgap che è sintonizzabile atomo per atomo.

Fare i puntini con un monostrato di atomi è complicato e la sfida più grande è personalizzare le loro proprietà. Quando disposto su nanotubi di nitruro di boro, i ricercatori della Michigan Technological University hanno scoperto che possono ottenere punti quantici d'oro per fare l'impossibile. I meccanismi alla base del fatto che i puntini d'oro si aggregano atomo per atomo sono al centro del loro nuovo articolo, recentemente pubblicato in ACS Nano .

Giogo Khin Yap, professore di fisica alla Michigan Tech, condotto lo studio. Spiega che il comportamento osservato dal suo team - manipolazione a livello atomico di punti quantici d'oro - può essere visto con un microscopio elettronico a trasmissione a scansione (STEM). Il fascio di elettroni ad alta potenza dello STEM consente a ricercatori come Yap di osservare il movimento atomico in tempo reale e la vista rivela come gli atomi d'oro interagiscono con la superficie dei nanotubi di nitruro di boro. Fondamentalmente, gli atomi d'oro scivolano lungo la superficie dei nanotubi e, si stabilizzano in un librarsi appena sopra il nido d'ape esagonale dei nanotubi di nitruro di boro.

Lo sci atomico e l'arresto sono legati alla cosiddetta deposizione energetica selettiva. Nel laboratorio, il team prende una serie di nanotubi di nitruro di boro e ci fa passare una nebbia carica d'oro; gli atomi d'oro nella nebbia si attaccano come nanoparticelle multistrato o rimbalzano sul nanotubo, ma alcuni di quelli più energetici scivolano lungo la circonferenza del nanotubo e si stabilizzano, quindi inizia a raggrupparsi in monostrati di punti quantici d'oro. Il team mostra che l'oro si deposita preferenzialmente dietro altre particelle d'oro che si sono stabilizzate.

"La superficie dei nanotubi di nitruro di boro è atomicamente liscia, non ci sono difetti sulla superficie, è un nido d'ape ben disposto, "Yap ha detto, aggiungendo che i nanotubi sono chimicamente inerti e non c'è legame fisico tra i nanotubi e gli atomi d'oro. "È molto simile allo sci:non puoi sciare su una collina accidentata e appiccicosa senza neve, le condizioni ideali lo rendono molto migliore. La superficie liscia dei nanotubi è come polvere fresca".

La ricerca di nuovi materiali per l'elettronica futura e l'informatica quantistica ha portato i ricercatori su molte strade. Yap spera che, dimostrando l'efficacia dell'oro, altri ricercatori saranno ispirati a prestare attenzione ad altri monostrati metallici su scala molecolare.

"Questa è una nanotecnologia da sogno, " Yap ha detto. "Si tratta di una tecnologia su scala molecolare sintonizzabile per atomo con una banda proibita ideale negli spettri di luce visibile. Ci sono molte promesse nei dispositivi elettronici e ottici".

I prossimi passi del team includono un'ulteriore caratterizzazione e l'incorporazione della fabbricazione di dispositivi per dimostrare l'elettronica interamente in metallo. potenzialmente, monostrati di atomi di metallo potrebbero costituire l'intera elettronica del futuro, che farà risparmiare molta energia e materiali di produzione.