¿Las interfaces 2D son realmente completamente planas?

(Noticias de Nanowerk) Cuando se superponen dos o más capas atómicamente delgadas de material, como el grafeno, sus propiedades cambian, lo que da como resultado un material con nuevas propiedades híbridas.

La estabilidad en el plano de cada material 2D es proporcionada por fuertes enlaces covalentes. Los materiales apilados se denominan heteroestructuras de van der Waals, ya que las capas atómicamente delgadas no se mezclan mediante una reacción química, sino a través de una débil llamada Interacción de Van der Waals – al igual que una cinta adhesiva se pega a una superficie plana.

Las capas atómicamente delgadas no son necesariamente uniformes. Pueden estar sujetos a deformaciones mecánicas que provoquen defectos como ampollas y arrugas que se producen durante el pelado y la transferencia.

La falta de planitud perfecta de las capas individuales que componen una heteroestructura de van der Waals afecta las propiedades interfaciales, como las formadas por contactos metálicos o capas aislantes.

Aunque numerosos investigadores han estudiado los defectos de los materiales 2D independientes, no hay muchos estudios sobre la morfología general y la planitud de las interfaces 2D, específicamente su planitud en diferentes condiciones.

Con la esperanza de desarrollar una comprensión más profunda de las interfaces 2D y la ingeniería de interfaces en un nuevo artículo ACS nano («¿Las interfaces 2D son realmente planas?»), los investigadores revelan la complejidad de diferentes interfaces 2D en la escala de longitud de una serie de dispositivos electrónicos (12,5 µm en total) y bajo la influencia del apilamiento y la metalización. En este trabajo, caracterizan y comparan la planitud de las interfaces 2D de nitruro de boro hexagonal (hBN) y 2D de metal hasta la resolución de Angstrom.

Para su estudio de las interfaces 2D, los investigadores establecieron dos configuraciones de instrumentos (como se muestra en la imagen a continuación). En la matriz de dispositivos A, la interfaz 2D-2D (las interfaces entre dos materiales en capas 2D diferentes) es el hBN-MoS2 en la zona de los canales. En un transistor 2D típico, las interfaces 3D-2D (las interfaces entre materiales 3D y materiales 2D) incluyen la interfaz de contacto 3D metal-2D y la interfaz 3D dieléctrico-2D. Estas interfaces 3D-2D se pueden encontrar en los grupos de dispositivos A y B. Imágenes esquemáticas y en forma de anillo de microscopía electrónica de transmisión de barrido de campo oscuro (HAADF-STEM) del hBN-MoS2-Al OX Interfaz en la matriz de dispositivos A. (a) Esquema de sección transversal del dispositivo. Los cuadros discontinuos rojo, azul y magenta representan hBN-MoS2MoS2-Al OXy Ni-MoS2 Interfaces o (b) Imagen óptica de los dispositivos con encapsulación hBN. ( c ) Imagen STEM de color falso de una región de contacto. El grosor del contacto de Ni es ~16 nm (d) El hBN-MoS2 y MoS2-Al OX Interfaces en la región del canal, donde (i-iii) representan diferentes ubicaciones. En (i) las interfaces son planas e íntimas, mientras que en (ii−iii) la hBN y MoS2 divergen para formar nanogaps. (e) Un nanogap ejemplar de 2,8 nm formado entre hBN y 2L MoS2 en la zona de los canales. (Reimpreso con permiso de la American Chemical Society)

Al correlacionar la deformación de la interfaz con el rendimiento del dispositivo correspondiente, los autores descubrieron cómo las interfaces no planas pueden afectar las características del dispositivo.

Sus observaciones tienen implicaciones de gran alcance para aplicaciones como dispositivos electrónicos y nanofluidos, donde los materiales 2D se transfieren a contactos estampados, y para dispositivos donde los contactos metálicos se depositan en materiales 2D.

Por ejemplo, el equipo informa que el proceso de apilamiento de hBN claramente tiene un efecto mecánicamente agresivo sobre la planitud de las interfaces y las películas. Y relevante para MoS2-transistores de efecto de campo: el metal depositado por el evaporador de haz de electrones de uso común también puede distorsionar el Ni-MoS2 Área de contacto, especialmente cerca del borde de contacto donde hay más presión debido a la forma arqueada de los contactos.

Al concluir su informe, los autores afirman que se debe tener en cuenta la naturaleza delicada de las interfaces 2D al caracterizar sus propiedades. S muestra promesa para la tecnología de contacto y la optimización del rendimiento del dispositivo. Además, los efectos de la ingeniería de interfaz y tensión serán particularmente pronunciados en dispositivos en los que los materiales 2D se transfieren y apilan en puertas o contactos metálicos predepositados.