Cientistas estudaram defeitos em materiais 2D para produzir transistores de tamanho atômico

Aproxima-se o tempo em que os transistores de silício convencionais não poderão mais ser reduzidos em tamanho. Portanto, deve haver tecnologia em estoque para a produção de transistores em escala atômica, nos quais os chamados materiais 2D prometem ajudar. Eles são tão finos que o tipo de condutividade neles começa a ser determinado por defeitos – átomos individuais ou suas vagas. Isso reduz o tamanho dos transistores a alguns átomos e abre espaço para o desenvolvimento da eletrônica.

Um defeito na estrutura cristalina serve de base para um transistor atomicamente fino. Fonte da imagem: PPPL

Cientistas do Laboratório de Física de Plasma de Princeton (PPPL) deram sua contribuição ao estudo de materiais promissores para a eletrônica do futuro. O plasma, ou quarto estado da matéria, permite um efeito dosado nos materiais, conferindo-lhes certas propriedades exigidas. No novo trabalho, os pesquisadores tentaram fornecer uma caracterização ampliada de uma gama de materiais 2D, como o dichalcogeneto de metal de transição (TMD ou, em russo, TMD). Os dichalcogenetos incluem substâncias como oxigênio, enxofre, selênio ou telúrio. E metais de transição são quaisquer metais dos grupos 3 a 12 da tabela periódica.

Os compostos TMD são uma espécie de sanduíches de materiais em camadas alternadas, onde uma camada de metal de transição é revestida em ambos os lados com dichalcogenetos. Os cientistas há muito notaram que, em alguns casos, seções individuais de tais compostos demonstram diferentes condutividades: tipo n ou p (elétron ou buraco). Os pesquisadores do PPPL começaram a estudar seriamente a questão de do que isso depende e como os defeitos afetam a condutividade – vagas atômicas ou a presença de átomos extras no material, bem como quais substâncias (dicalcogenetos) causam o aparecimento de elétrons ou buracos em excesso.

Em particular, os pesquisadores descobriram que a presença de átomos de hidrogênio no TMD leva claramente ao aparecimento de excesso de elétrons. Isso é útil para criar transistores condicionalmente ponto-ponto tipo n. Para os demais materiais, também foram determinadas suas características, o que foi conseguido tanto por medições, por exemplo, absorção de luz, quanto por cálculos. Outro aspecto importante do trabalho foi o estudo das condições de aparecimento de defeitos com mínimo consumo de energia, pois são justamente esses defeitos que têm maior probabilidade de ocorrer durante o processamento. Em uma palavra, os cientistas criaram uma base a partir da qual se pode realmente desenvolver o processo de busca de materiais 2D promissores para a produção de transistores atomicamente pequenos, conforme relatado no artigo correspondente.