Nuevas heteroestructuras bidimensionales (2D) a partir de grafeno y borofeno, creadas en Northwestern Engineering, dan un paso importante para crear circuitos integrados de estos nanomateriales.

«Si abriera un circuito integrado dentro de un teléfono inteligente, vería muchos materiales diferentes integrados juntos», dijo Mark Hersam, profesor de Ciencia e Ingeniería de Materiales, quien dirigió la investigación, cuyo trabajo se publica en Science Advances. «Sin embargo, hemos alcanzado los límites de muchos de esos materiales tradicionales. Al integrar nanomateriales como el borofeno y el grafeno juntos, estamos abriendo nuevas posibilidades en la nanoelectrónica».

Cualquier circuito integrado contiene muchos materiales que realizan diferentes funciones, como conducir electricidad o mantener los componentes aislados eléctricamente. Pero si bien los transistores dentro de los circuitos se han vuelto cada vez más pequeños, gracias a los avances en materiales y fabricación, están cerca de alcanzar el límite de cuán pequeños pueden llegar a ser.

Los materiales 2D ultrafinos como el grafeno tienen el potencial de sortear ese problema, pero integrar materiales 2D juntos es difícil. Estos materiales tienen solo un átomo de espesor, por lo que si los átomos de los dos materiales no se alinean perfectamente, es poco probable que la integración sea exitosa. Desafortunadamente, la mayoría de los materiales 2D no coinciden en la escala atómica, presentando desafíos para los circuitos integrados 2D.

El borofeno, la versión 2D del boro que Hersam y sus compañeros de trabajo sintetizaron por primera vez en 2015, es polimórfico, lo que significa que puede adoptar muchas estructuras diferentes y adaptarse a su entorno. Eso lo convierte en un candidato ideal para combinar con otros materiales 2D, como el grafeno.

Para probar si era posible integrar los dos materiales en una sola heteroestructura, el laboratorio de Hersam cultivó tanto grafeno como borofeno en el mismo sustrato. Primero cultivaron el grafeno, ya que crece a una temperatura más alta, luego depositaron boro en el mismo sustrato y lo dejaron crecer en regiones donde no había grafeno. Este proceso dio como resultado interfaces laterales donde, debido a la naturaleza acomodaticia del borofeno, los dos materiales se unieron a escala atómica.

El laboratorio caracterizó la heteroestructura 2D utilizando un microscopio de túnel de exploración y descubrió que la transición electrónica a través de la interfaz fue excepcionalmente abrupta, lo que significa que podría ser ideal para crear pequeños dispositivos electrónicos.

«Estos resultados sugieren que podemos crear dispositivos de ultra alta densidad en el futuro», dijo Hersam. En última instancia, Hersam espera lograr estructuras 2D cada vez más complejas que conduzcan a nuevos dispositivos y circuitos electrónicos. Él y su equipo están trabajando en la creación de heteroestructuras adicionales con borofeno, combinándolo con un número creciente de los cientos de materiales 2D conocidos.

«En los últimos 20 años, los nuevos materiales han permitido la miniaturización y el correspondiente rendimiento mejorado en la tecnología de transistores», dijo. «Los materiales bidimensionales tienen el potencial de dar el siguiente salto».

Fuente: europapress.es