Los materiales bidimensionales pueden ofrecer algunas propiedades óptimas, como la capacidad de transportar carga eléctrica de manera extremadamente eficiente, lo que podría aumentar el rendimiento de los dispositivos electrónicos de próxima generación. Sin embargo, su implementación en los dispositivos y sistemas es complicada. Los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachussets (MIT) han desarrollado una nueva técnica para integrar materiales 2D en dispositivos en un solo paso manteniendo las superficies de los materiales y las interfaces resultantes impecables y libres de defectos.
Las estructuras ultrafinas de los materiales 2D pueden dañarse con las técnicas de fabricación convencionales, que a menudo dependen del uso de productos químicos, altas temperaturas o procesos destructivos como el grabado. Para solventar este problema, el método planteado por el MIT se basa en la ingeniería de fuerzas superficiales disponibles a nanoescala para permitir que el material 2D se apile físicamente en otras capas de dispositivos prediseñados. Como el material 2D no sufre daños, los investigadores pueden aprovechar al máximo sus propiedades ópticas y eléctricas.
Utilizaron este enfoque para fabricar conjuntos de transistores 2D que lograron nuevas funcionalidades en comparación con los dispositivos producidos mediante técnicas de fabricación convencionales. Su método, que es lo suficientemente versátil como para usarse con muchos materiales, podría tener diversas aplicaciones en informática de alto rendimiento, detección y electrónica flexible.
Fuerzas de Van der Waals
Lo fundamental para desbloquear estas nuevas funcionalidades es la capacidad de formar interfaces limpias, mantenidas unidas por fuerzas especiales que existen entre toda la materia, llamadas fuerzas de Van der Waals. Sin embargo, la integración de materiales de Van der Waals en dispositivos completamente funcionales no siempre es fácil, ya que estas fuerzas dependen de las propiedades intrínsecas de los materiales, no pueden ajustarse fácilmente.
Como resultado, hay algunos materiales que no se pueden integrar directamente entre sí utilizando únicamente sus interacciones de Van der Waals. Es por ello por lo que los investigadores del MIT incorporan un aislante de baja adherencia en una matriz de alta adherencia. Esta matriz adhesiva es lo que hace que el material 2D se adhiera a la superficie incrustada de baja adherencia, proporcionando las fuerzas necesarias para crear una interfaz de Van der Waals entre el material 2D y el aislante.
Fabricación de la matriz
Para fabricar dispositivos electrónicos, forman una superficie híbrida de metales y aislantes sobre un sustrato portador. Luego, esta superficie se despega y se voltea para revelar una superficie superior completamente lisa que contiene los componentes básicos del dispositivo deseado. Que la superficie sea lisa es importante, ya que los espacios entre la superficie y el material 2D pueden obstaculizar las interacciones de Van der Waals.
Por otro lado, los investigadores preparan el material 2D por separado, en un ambiente completamente limpio, y lo ponen en contacto directo con la pila de dispositivos preparada. Este proceso de un solo paso mantiene la interfaz del material 2D completamente limpia, lo que permite que el material alcance sus límites fundamentales de rendimiento sin verse frenado por defectos o contaminación.
Su enfoque se puede realizar a escala para crear conjuntos más grandes de dispositivos. La técnica de la matriz adhesiva también se puede utilizar con una variedad de materiales e incluso con otras fuerzas para mejorar la versatilidad de esta técnica.
En el futuro, los investigadores quieren aprovechar esta técnica para permitir la integración de una biblioteca diversa de materiales 2D para estudiar sus propiedades intrínsecas sin la influencia del daño del procesamiento y desarrollar nuevas plataformas de dispositivos que aprovechen estas funcionalidades superiores.