Ya sea en teléfonos inteligentes, televisores o tecnología de construcción, los semiconductores juegan un papel importante en la electrónica y, por lo tanto, en nuestra vida diaria. A diferencia de los metales, es posible ajustar su conductividad eléctrica aplicando un voltaje y, por lo tanto, activando y desactivando el flujo de corriente.

Con vistas a futuras aplicaciones en el campo de la electrónica y Tecnología cuántica, los investigadores se centran en el desarrollo de nuevos componentes que constan de una sola capa (monocapa) de un material semiconductor. Algunos materiales naturales tienen propiedades semiconductoras con monocapas de este tipo, apiladas para formar un cristal tridimensional. En el laboratorio, los investigadores pueden separar estas capas, que no son más gruesas que una sola molécula, y usarlas para construir componentes electrónicos.

Nuevas funciones y fenómenos

Estos semiconductores ultradelgados prometen ofrecer propiedades únicas que son difíciles de controlar, como el uso de campos eléctricos para influir en los momentos magnéticos de los electrones. Además, en estas monocapas semiconductoras se producen complejos fenómenos de mecánica cuántica que pueden tener aplicaciones en la tecnología cuántica.

Científicos de todo el mundo están investigando cómo se apilan estos semiconductores delgados para formar nuevos materiales sintéticos, conocidos como estructuras heterogéneas de van der Waals. Sin embargo, hasta ahora, no han logrado combinar dicha monocapa con contactos superconductores para profundizar en las propiedades y propiedades de los nuevos materiales.

Super Conectividad

Un equipo de físicos, dirigido por el Dr. Andreas Baumgartner en el grupo de investigación del profesor Christian Schönenberger en el Instituto Suizo de Nanociencia y el Departamento de Física de la Universidad de Basilea, ha sintetizado una monocapa de disulfuro de molibdeno semiconductor con contactos superconductores por primera vez. hora.

La razón por la que esta combinación de semiconductores y superconductores es tan interesante es que los expertos esperan que los componentes de este tipo muestren nuevas propiedades y fenómenos físicos. “En un superconductor, los electrones se organizan en pares, como compañeros en un baile, con consecuencias extrañas y maravillosas, como una corriente eléctrica que fluye sin resistencia”, explica Baumgartner, director del proyecto del estudio. “En el semiconductor de disulfuro de molibdeno, por otro lado, los electrones realizan una danza completamente diferente, una extraña rutina solitaria que también incluye sus momentos magnéticos. Ahora nos gustaría conocer las nuevas y extrañas danzas en las que los electrones estarían de acuerdo si estos materiales combinados “.

Adecuado para su uso como plataforma.

La medidas electricas A las temperaturas más bajas requeridas para la superconductividad, por encima del cero absoluto (-273,15 ° C), los efectos causados ​​por la superconductividad son claramente visibles; Por ejemplo, a ciertas energías, ya no se permiten electrones individuales. Además, los investigadores encontraron indicios de un fuerte acoplamiento entre la capa semiconductora y el superconductor.

“El acoplamiento fuerte es un componente esencial de nuevos y emocionantes fenómenos físicos que esperaríamos ver en tales heteroestructuras de van der Waals, pero no hemos podido probar”, dice Mehdi Ramzani, autor principal del estudio.

“Y, por supuesto, siempre estamos esperando nuevas aplicaciones en electrónica y tecnología cuántica”, dice Baumgartner. “En principio, los contactos verticales que hemos desarrollado para capas de semiconductores se pueden aplicar a una gran cantidad de semiconductores. Nuestras mediciones muestran que los componentes de semiconductores híbridos de una sola capa son realmente factibles, tal vez incluso con otros materiales de contacto más exóticos que pavimentarían el camino para más ideas. “.

Modo de proceso de fabricación

La fabricación del nuevo ingrediente en un tipo de sándwich hecho de diferentes materiales requiere una gran cantidad de pasos diferentes. En cada paso, es importante evitar la contaminación, ya que dificultan seriamente la transmisión de cargas eléctricas.

proteger SemiconductoresLos investigadores empaquetaron una monocapa de disulfuro de molibdeno entre dos capas delgadas de nitruro de boro, con las que previamente grabaron los contactos verticalmente utilizando litografía por haz de electrones y grabado iónico. Luego depositan una fina capa de molibdeno-renio como material de contacto, un material que conserva sus propiedades superconductoras incluso en presencia de fuertes campos magnéticos.

Trabajando bajo una atmósfera protectora de nitrógeno en una guantera, los investigadores apilan una capa de nitruro de boro encima de la capa de disulfuro de molibdeno y fusionan la parte inferior con otra capa de nitruro de boro y otra capa. capa de grafeno para control eléctrico. Luego, los investigadores colocaron esta estructura heterogénea de van der Waals encima de una oblea de silicio / dióxido de silicio.

Proporcionado por el Instituto Suizo de Nanociencias, Universidad de Basilea