Ændring af egenskaberne af 2-D materialer på nanometerskalaen

EPFL-forskere har udviklet en metode til permanent at ændre de fysiske egenskaber af 2-D materialer ved hjælp af en nanometrisk spids. Deres tilgang, som involverer deformering af materialerne, baner vejen for at bruge disse materialer i elektroniske og optoelektroniske enheder.

Materialer kommer alle med deres eget sæt egenskaber - de kan være isolerende, halvledende, metallisk, gennemsigtig eller fleksibel, for eksempel. Nogle kombinerer flere meget nyttige egenskaber, hvilket er tilfældet for 2-D materialer. Består af kun et eller få lag af atomer, disse materialer er meget lovende til fremstilling af næste generations elektroniske og optoelektroniske enheder.

"På vores felt silicium er stadig konge. Men det er ved at nå sine grænser for nogle elektroniske enheder, som dem, der skal være fleksible eller gennemsigtige. 2-D materialer kunne være et levedygtigt alternativ, siger Jürgen Brugger, professoren, der leder Microsystems Laboratory 1 på EPFL's School of Engineering.

Tilpasning af egenskaber til specifikke applikationer

Før 2-D materialer kan bruges, de skal struktureres, hvilket betyder at skære dem i den rigtige størrelse og form til den givne anvendelse. Deres fysiske egenskaber (såsom båndgabet) skal også justeres, både i hele materialet og på bestemte steder. Forskere ved Microsystems Laboratory 1, arbejder i samarbejde med ETH Zürich og IBM, har udviklet en ny metode til at ændre egenskaberne af disse materialer.

Deformerende materialer med en nanometrisk spids

Forskerholdet brugte termisk scanning probe litografi (t-SPL), hvilket indebærer at placere en opvarmet nanometrisk spids på materialet og udøve tryk for at skabe den ønskede form - i dette tilfælde, bølget - mens du omhyggeligt kontrollerer kraften og temperaturen. "Der findes allerede flere metoder til at deformere 2-D materialer globalt og lokalt. Men vores termomekaniske tilgang kan skabe større deformationer og derfor producere bredere variationer i et materiales fysiske egenskaber, " siger Ana Conde-Rubio, en videnskabsmand ved EPFL-laboratoriet. Mere specifikt, den nye metode kan ændre energigabet mellem valensbåndet og ledningsbåndet, som følge heraf ændrer materialets elektroniske og optiske egenskaber. Og denne ændring i båndgab kan udføres lokalt med en rumlig opløsning ned til 20 nanometer.

Et enkelt værktøj til at skære og modificere 2-D materialer

Forskerne havde allerede udviklet en metode til at skære 2-D materialer med høj præcision. Nu er deres mål at kombinere den metode med denne nye måde at ændre materialets egenskaber på. "Ved at bruge det samme værktøj, t-SPL, vi vil være i stand til at fremstille enheder med den ønskede form, dimensioner og fysiske egenskaber, med en opløsning ned til 10 nanometer skalaen" siger Xia Liu, en anden videnskabsmand ved Bruggers laboratorium. Holdets resultater er blevet offentliggjort i Nano bogstaver .

Deres arbejde er en del af et større forskningsprojekt for at udvikle nye processer til fremstilling og modificering af polymermaterialer til wearables og implantables. Målet er at muliggøre overgangen fra laboratorieskala til produktion i industriel skala af næste generations enheder.