Gli scienziati della TU Delft hanno compiuto un passo importante nell'applicazione di questi materiali:ora possono misurare importanti proprietà termiche delle membrane di silicio ultrasottili. Uno dei principali vantaggi del loro metodo è che non è necessario stabilire alcun contatto fisico con la membrana, quindi è possibile misurare le proprietà originarie e non è richiesta alcuna fabbricazione complessa.

I risultati sono pubblicati sulla rivista APL Materials .

"Le membrane estremamente sottili hanno proprietà molto diverse dai materiali che vediamo intorno a noi. Ad esempio, il grafene è più resistente dell'acciaio ma estremamente flessibile", afferma Gerard Verbiest, ricercatore della TU Delft. "Queste sono proprietà che rendono questi materiali molto adatti all'uso nei sensori, a condizione che tali proprietà siano adeguatamente comprese."

Come per molti dispositivi elettronici, la conduzione del calore rappresenta una grande sfida per ottenere le migliori prestazioni. Aiuta a determinare quanto bene un materiale risponderà a determinati carichi che un chip o un sensore deve sopportare. La conduzione del calore in due dimensioni è fondamentalmente diversa da quella in tre dimensioni.

Di conseguenza, le proprietà termiche dei materiali 2D sono di grande interesse, sia dal punto di vista scientifico che applicativo. Tuttavia, sono disponibili poche tecniche per la determinazione accurata di queste proprietà nelle membrane sospese ultrasottili.

I ricercatori hanno utilizzato una metodologia optomeccanica per estrarre il coefficiente di espansione termica, il calore specifico e la conduttività termica delle membrane ultrasottili costituite da 2H-TaS₂ , FePS₃ , silicio policristallino, MoS₂ e WSe₂ . Si trattava di guidare una membrana sospesa utilizzando un laser a potenza modulata e di misurare la sua deflessione dipendente dal tempo con un secondo laser. In questo modo vengono misurate sia la frequenza di risonanza meccanica fondamentale della membrana, dipendente dalla temperatura, sia la costante di tempo termica caratteristica alla quale la membrana si raffredda

La collaborazione tra scienza e industria è fondamentale per lo sviluppo di questa tecnologia. Verbiest afferma:"Misurando sottili membrane di silicio in questo progetto abbiamo mostrato la tecnica che abbiamo sviluppato a Delft per lavorare su materiali rilevanti per l'industria dei semiconduttori. Ciò dà alla ricerca un ulteriore impulso, perché le intuizioni portano poi potenzialmente immediatamente a una futura applicazione industriale , che è importante per i Paesi Bassi e costituisce una motivazione significativa per tale ricerca."

Le proprietà termiche ottenute sono in buon accordo con i valori riportati in letteratura per gli stessi materiali. Questa ricerca fornisce un metodo optomeccanico per determinare le proprietà termiche delle membrane sospese ultrasottili, che sono difficili da misurare altrimenti. Fornisce un percorso per migliorare la nostra comprensione del trasporto di calore nel limite 2D e facilita la progettazione di strutture 2D con prestazioni termiche dedicate.