Nanotecnologia

Nanocostura une materiais monoatômicos e faz LED multicor

Nanocostura que une materiais monoatômicos faz LED multicor
Os materiais monoatômicos são costurados durante o processo de fabricação, criando um cristal único.[Imagem: Courtesy Park et al]

O segredo está na interface

Embora fale-se muito do silício, do germânio e de outros materiais essenciais para a eletrônica, os físicos sempre destacaram que as coisas realmente interessantes - e úteis - ocorrem na interface dos materiais que se juntam para compor os dispositivos eletrônicos.

Por isso, muitos pesquisadores começaram a coçar a cabeça com a atual onda dos materiais monoatômicos, como o grafeno e seus assemelhados: Como criar interfaces de forma controlável em materiais formados por uma única camada de átomos?

Saien Xie, juntamente com uma equipe das universidades de Chicago e Cornell, nos EUA, já tem a resposta para essa indagação.

Xie criou uma maneira de "costurar" duas camadas de materiais monoatômicos. Quanto mais perfeita fica a costura, mais facilmente os elétrons conseguem transitar pela interface, algo que é essencial para o uso desses materiais em componentes eletrônicos e em células solares.

Costura atômica

Unir materiais diferentes produz as famosas heterojunções - os elementos mais fundamentais nas células solares, LEDs e nos chips de computador. Mas juntar cristais - redes rígidas de átomos, que podem ter espaçamentos muito diferentes - não é uma tarefa fácil quando esses cristais têm apenas um átomo de espessura.

Xie venceu o desafio identificando a janela perfeita nas quais as condições para sintetizar os dois materiais se equivalem, permitindo que os dois sejam fabricados ao mesmo tempo. Isso gera uma transição suave nos pontos onde as duas redes cristalinas se juntam - uma rede se estende ou cresce para se enquadrar à outra, não deixando buracos ou outros defeitos.

As costuras atômicas são tão apertadas que, quando vistas por um microscópio eletrônico de varredura, percebe-se que o maior dos dois materiais penetra um pouco em torno da junção.

LED plano com configuração de cor

Para testar a técnica, a equipe construiu um diodo, um componente eletrônico fundamental que permite que a corrente elétrica flua apenas numa direção, mas não noutra. De forma um tanto surpreendente, o diodo brilhou, mostrando que os materiais permitem que ele funcione como um diodo emissor de luz - um LED.

"Foi entusiasmante ver esses LED de três átomos de espessura brilhando. Vimos um excelente desempenho - o melhor já relatado para esses tipos de materiais," disse Xie. Entusiasmante mesmo, porque hoje os LEDs são fabricados empilhando camadas de materiais, e essa tecnologia de costura atômica permitirá fabricá-los planos, o que ajuda muito na miniaturização e barateia o processo.

A equipe também constatou que esticar ou comprimir o componente altera suas propriedades ópticas - a cor que o LED emite - devido aos efeitos mecânicos quânticos. Isso sugere um potencial para fabricar sensores de luz e LEDs que possam ser ajustados para detectar e emitir cores diferentes, ou tecidos sensíveis à deformação que mudam de cor à medida que estão esticados.

Bibliografia:

Coherent, atomically-thin transition-metal dichalcogenide superlattices with engineered strain
Saien Xie, Lijie Tu, Yimo Han, Lujie Huang, Kibum Kang, Ka Un Lao, Preeti Poddar, Chibeom Park, David A. Muller, Robert A. DiStasio Jr., Jiwoong Park
Science
Vol.: 359, Issue 6380, pp. 1131-1136
DOI: 10.1126/science.aao5360




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