Исследователи научились менять свойства двумерных материалов в нанометровом масштабе

Ученые из швейцарской федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) разработали метод постоянного изменения физических свойств двумерных материалов с помощью нанометрового наконечника. Их подход, заключающийся в деформации материалов, открывает путь к использованию этих материалов в электронных и оптоэлектронных устройствах, сообщает портал Phys.org.

Все материалы обладают собственным набором свойств – например, они могут быть изолирующими, полупроводниковыми, металлическими, прозрачными или гибкими. Некоторые сочетают в себе несколько очень полезных свойств, как в случае с двумерными материалами. Эти материалы, состоящие всего из одного или нескольких слоев атомов, являются очень многообещающими для производства электронных и оптоэлектронных устройств следующего поколения.

«В нашей области кремний по-прежнему является королем. Но он достигает своих пределов для некоторых электронных устройств, например тех, которые должны быть гибкими или прозрачными. Двухмерные материалы могут быть жизнеспособной альтернативой», – говорит Юрген Бруггер, профессор, возглавляющий лаборатория микросистем Первой инженерной школы EPFL.

Настройка свойств для конкретных приложений

Прежде чем можно будет использовать двухмерные материалы, их необходимо структурировать, то есть разрезать их до нужного размера и формы для конкретного применения. Их физические свойства (такие как ширина запрещенной зоны) также необходимо отрегулировать как по всему материалу, так и в определенных местах. Ученые из EPFL, работая в сотрудничестве с ETH Zurich и IBM, разработали новый метод изменения свойств этих материалов.

Деформирование материалов с помощью нанометрового наконечника

Исследовательская группа использовала литографию с термосканирующим зондом (t-SPL), которая предполагает размещение нагретого нанометрического наконечника на материале и приложение давления для создания желаемой формы – в данном случае волнистой – при тщательном контроле силы и температуры. «Уже существует несколько методов деформации двумерных материалов в глобальном и локальном масштабе. Но наш термомеханический подход может создавать большие деформации и, следовательно, вызывать более широкие вариации физических свойств материала», – говорит Ана Конде-Рубио, ученый из лаборатории EPFL. В частности, новый метод может изменить энергетический зазор между валентной зоной и зоной проводимости, что приведет к изменению электронных и оптических свойств материала. И это изменение ширины запрещенной зоны может быть выполнено локально с пространственным разрешением до 20 нанометров.

Единый инструмент для резки и модификации двухмерных материалов

Ученые уже разработали метод резки 2D-материалов с высокой точностью. Теперь их цель – объединить этот метод с новым способом изменения свойств материала. «Используя тот же инструмент – t-SPL, мы сможем изготавливать устройства с желаемой формой, размерами и физическими свойствами с разрешением до 10 нанометров», – говорит Ся Лю, другой ученый из лаборатории Браггера. Выводы команды были опубликованы в Nano Letters.

Их работа является частью более крупного исследовательского проекта по разработке новых процессов производства и модификации полимерных материалов для носимых и имплантируемых устройств. Основная задача – обеспечить переход от лабораторного к промышленному производству устройств следующего поколения.