Gli scienziati dell'EPFL hanno sviluppato un metodo per modificare in modo permanente le proprietà fisiche dei materiali 2-D utilizzando una punta nanometrica. Il loro approccio, che comporta la deformazione dei materiali, apre la strada all'utilizzo di questi materiali in dispositivi elettronici e optoelettronici.

I materiali hanno tutti il ​​proprio insieme di proprietà:possono essere isolanti, semiconduttore, metallico, trasparente o flessibile, Per esempio. Alcuni combinano diverse proprietà molto utili, come nel caso dei materiali 2-D. Composto da uno o pochi strati di atomi, questi materiali sono molto promettenti per la produzione di dispositivi elettronici e optoelettronici di prossima generazione.

"Nel nostro campo, il silicio è ancora re. Ma sta raggiungendo i suoi limiti per alcuni dispositivi elettronici, come quelli che devono essere flessibili o trasparenti. I materiali 2-D potrebbero essere una valida alternativa, "dice Jürgen Brugger, il professore che dirige il Microsystems Laboratory 1 presso la School of Engineering dell'EPFL.

Personalizzazione delle proprietà per applicazioni specifiche

Prima di poter utilizzare i materiali 2-D, devono essere strutturati, il che significa tagliarli nella giusta dimensione e forma per l'applicazione data. Anche le loro proprietà fisiche (come il bandgap) devono essere modificate, sia in tutto il materiale che in luoghi specifici. Scienziati del Laboratorio di Microsistemi 1, lavorando in associazione con ETH Zurigo e IBM, hanno sviluppato un nuovo metodo per alterare le proprietà di questi materiali.

Deformazione dei materiali con una punta nanometrica

Il team di ricerca ha utilizzato la litografia con sonda a scansione termica (t-SPL), che consiste nel posizionare una punta nanometrica riscaldata sul materiale ed esercitare una pressione per creare la forma desiderata, in questo caso, ondulato, controllando attentamente la forza e la temperatura. "Esistono già diversi metodi per deformare i materiali 2-D a livello globale e locale. Ma il nostro approccio termomeccanico può creare deformazioni maggiori e quindi produrre variazioni più ampie nelle proprietà fisiche di un materiale, "dice Ana Conde-Rubio, uno scienziato presso il laboratorio EPFL. Più specificamente, il nuovo metodo può modificare il gap energetico tra la banda di valenza e la banda di conduzione, alterando di conseguenza le proprietà elettroniche ed ottiche del materiale. E questo cambiamento nel bandgap può essere eseguito localmente con una risoluzione spaziale fino a 20 nanometri.

Un unico strumento per tagliare e modificare materiali 2D

Gli scienziati avevano già sviluppato un metodo per tagliare materiali 2D con alta precisione. Ora il loro scopo è combinare quel metodo con questo nuovo modo di cambiare le proprietà del materiale. "Utilizzando lo stesso strumento, il t-SPL, saremo in grado di realizzare dispositivi con la forma desiderata, dimensioni e proprietà fisiche, con una risoluzione fino alla scala di 10 nanometri", afferma Xia Liu, un altro scienziato del laboratorio di Brugger. I risultati del team sono stati pubblicati in Nano lettere .

Il loro lavoro fa parte di un progetto di ricerca più ampio per sviluppare nuovi processi per la produzione e la modifica di materiali polimerici per dispositivi indossabili e impiantabili. L'obiettivo è consentire il passaggio dalla produzione su scala di laboratorio a quella su scala industriale di dispositivi di nuova generazione.