Diseñando las fases y propiedades de materiales 2-dimensionales basados en MoTe2
27.07.2022
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Isla de material MoTe2 sobre grafeno con diferentes interfaces de las fases 1T'/1H. Las dimensiones de la escala son 6 nanómetros. Imagen: Nanoscale. |
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El trabajo del grupo IMDEA Nanociencia de la Dra. Manuela Garnica reporta sobre la síntesis y caracterización de diferentes fases en el material monocapa MoTe2, sobre grafeno.
- El mismo material exhibe diferentes propiedades electrónicas dependiendo del área dónde se testee.
- El gran control logrado sobre la fabricación de estructuras 2D MoTe2 abre nuevas perspectivas en la futura electrónica de ingeniería de fases.
Madrid, 27 de julio 2022. La aplicación de materiales de 2 dimensiones (2D) en dispositivos optoelectrónicos se ve a veces obstaculizada por la barrera eléctrica entre los electrodos y los materiales en sí. Esto es el llamado contacto de Schottky: una barrera de energía potencial para los electrones formada en una unión metal-semiconductor, que representa un impedimento importante al construir dispositivos eficientes. Una posible solución para reducir la resistencia de contacto es construir una estructura continua lateral con diferentes propiedades: fases semiconductoras y metálicas del mismo material.
En el campo de la electrónica, los dicalcogenuros de metales de transición son interesantes materiales que exhiben una amplia gama de propiedades físicas; son desde semimetálicos hasta semiconductores, superconductores o aislantes, y esto los convierte en candidatos ideales para aplicaciones. El diteluro de molibdeno (MoTe2) es un excelente material para este propósito porque, a diferencia de otros telúridos, exhibe dos fases estables a temperatura ambiente.
La mayoría de los resultados relativos a la ingeniería de fases en dicalcogenuros de metales de transición 2D se han obtenido para láminas de material exfoliados. Sin embargo, si bien la calidad de estas capas es adecuada para la investigación fundamental, las inhomogeneidades en el espesor, la alta densidad de defectos y las interfaces desiguales siguen inhibiendo las aplicaciones prácticas. El crecimiento epitaxial - depositar una capa delgada de un solo material siguiendo la estructura del substrato - de materiales 2D es un proceso escalable a la producción de grandes áreas con un buen control del espesor y de la calidad estructural de las capas.
El reciente trabajo del grupo de IMDEA Nanociencia de la Dra. Manuela Garnica reporta sobre la síntesis y caracterización in situ de diferentes fases de MoTe2 monocapa sobre grafeno. Ajustando los parámetros de crecimiento epitaxial, como son la proporción teluro/molibdeno y la temperatura de la muestra, el equipo pudo lograr la ingeniería de fases en este material, para producir grandes áreas de la fase semimetálica pura. En sus imágenes de microscopio de efecto túnel de barrido pudieron identificar claramente dos fases: la fase hexagonal semiconductora (1H) y la fase octaédrica distorsionada semimetálica (1T′) en grandes islas de decenas de nanómetros de tamaño.
Las láminas de MoTe2 permanecieron desacopladas del sustrato debido a la débil interacción con la capa intermedia de grafeno. Esto es importante para mantener intactas las propiedades del MoTe2. Además, el grafeno exhibe una movilidad ultra-alta y conductividades de puerta sintonizables. Se ha demostrado que al combinar grafeno con dicalcogenuros de metales de transición se pueden mejorar propiedades como la movilidad, lo que abre nuevas oportunidades para la conmutación y el transporte de carga.
La idea es simple: el mismo material exhibe diferentes propiedades electrónicas dependiendo de la ubicación. Esto consiste en una gran oportunidad para la fabricación de dispositivos electrónicos. La unión de una fase semiconductora como canal y una fase metálica del mismo material como electrodos produce un contacto óhmico de baja resistencia y facilita la conducción de corriente del metal al semiconductor y viceversa.
El estudio, que ha sido publicado en Nanoscale, desarrolla una ruta sintética directa para producir grandes áreas de una fase semimetálica pura de MoTe22-dimensional, así como heteroestructuras laterales que combinan esta fase semimetálica con una semiconductora. El estudio también caracterizó por primera vez estas fases a escala atómica. El gran control logrado sobre la fabricación de estructuras 2D MoTe2 con diferentes propiedades electrónicas abre nuevas perspectivas para combinar semiconductores y semimetales en homoestructuras estables, a temperatura ambiente, en una futura electrónica de ingeniería de fases.
"El control y la caracterización a escala atómica de la interfaz entre las fases semiconductoras-semimetálicas de MoTe2 constituye una valiosa fuente de conocimiento para posibles aplicaciones tecnológicas", dice la Dr. Garnica. "La ingeniería de fases crea entonces nuevos horizontes en el diseño de materiales con propiedades específicas. El microscopio de efecto túnel ofrece la posibilidad de investigar estas heteroestructuras con una resolución sin precedentes".
Este resultado de investigación es una colaboración entre investigadores de IMDEA Nanociencia y la Universidad Autónoma de Madrid, y está cofinanciado a través del Programa de Becas Postdoctoral Junior Leader de "la Caixa" a Manuela Garnica; y a través del sello Centro de Excelencia Severo Ochoa a IMDEA Nanociencia.
Referencia:
Joan Ripoll-Sau, Fabian Calleja,Pablo Casado Aguilar, Iván M. Ibarburu, Amadeo L. Vázquez de Parga, Rodolfo Miranda and Manuela Garnica. Phase control and lateral heterostructures of MoTe2epitaxially grown on graphene/Ir(111). Nanoscale. 2022.
DOI: 10.1039/D2NR03074H
El post-print está disponible* en el repositorio de IMDEA Nanociencia: https://repositorio.imdeananociencia.org/handle/20.500.12614/3140
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Dr. Manuela Garnica
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Fuente: IMDEA Nanociencia