Ricercatori tedeschi hanno sviluppato un metodo innovativo basato su una punta di scansione su scala nanometrica per strutturare e studiare nanomateriali semiconduttori bidimensionali con la massima precisione e in modo minimamente invasivo.
Una promettente alternativa al silicio
Sebbene il silicio sia il materiale semiconduttore più comunemente utilizzato nell’industria elettronica, i crescenti requisiti prestazionali richiedono l’esplorazione di nuovi materiali. I materiali bidimensionali, come il grafene, stanno attirando particolare interesse grazie alle loro proprietà eccezionali e al loro potenziale come componenti ultrasottili per un’elettronica efficiente.
Tuttavia, per sfruttare appieno le potenzialità di questi materiali, è essenziale sviluppare adeguate tecniche di strutturazione e integrazione funzionale, senza alterarne le proprietà intrinseche. Questa è proprio la sfida che i ricercatori dell’Università Tecnica di Ilmenau hanno raccolto nel loro recente lavoro.
Un approccio preciso e non invasivo
Il metodo sviluppato dagli scienziati di Ilmenau si basa sull’uso di una punta su scala nanometrica, il cui raggio è più di 5.000 volte più piccolo del diametro di un capello. Questa punta viene guidata con estrema precisione sulla superficie del materiale, simile alla microscopia a forza atomica.
Applicando una tensione tra il materiale e la punta, quest’ultima emette elettroni a bassa energia che “bombardare» la superficie del campione in maniera molto localizzata, esattamente dove dovrebbe strutturarsi il materiale bidimensionale. I ricercatori hanno utilizzato scaglie di ditelluride di molibdeno (MoTe2), un materiale bidimensionale spesso pochi strati atomici, che hanno ossidato in un ossido idrosolubile mediante bombardamento di elettroni e molecole d’acqua, per poi rimuoverlo in modo mirato.
Christoph Reuter, dottorando di seconda generazione nel gruppo di ricerca interdisciplinare “3D-NanoFab“, spiegare : ” Attraverso il movimento controllato della punta e l’ossidazione locale associata, siamo stati in grado di creare praticamente qualsiasi modello di superficie senza causare altri cambiamenti misurabili nel materiale bidimensionale. »
Prospettive promettenti per l’elettronica verde
Per dimostrare il potenziale del loro metodo, gli scienziati hanno realizzato un transistor ultrasottile partendo da soli tre strati atomici di MoTe2. Questo risultato apre la strada a ulteriori ricerche in settori quali l’elettronica innovativa, la tecnologia dei sensori o la conversione dell’energia.
Il professor Steffen Strehle, portavoce del gruppo di ricerca e responsabile della tecnologia dei microsistemi presso l’Università Tecnica di Ilmenau, sottolinea: “ Vogliamo espandere il nostro metodo nei prossimi anni e utilizzarlo anche per applicazioni nel campo dell’elettronica “verde” ed efficiente dal punto di vista energetico. I risultati di questa ricerca saranno integrati direttamente nei corsi dell’Università Tecnica di Ilmenau al fine di coinvolgere gli studenti, ad esempio nei programmi di meccatronica, ingegneria meccanica e micro e nanotecnologia, nel nostro lavoro di ricerca in una fase iniziale. »
Questa scoperta scientifica, il risultato di una collaborazione tra Christoph Reuter, il professor Steffen Strehle e il dottor Gernot Ecke, assistente di ricerca nel gruppo nanotecnologie, è stata recentemente pubblicata sulla prestigiosa rivista “Materiale avanzato“.
Reuter C, Ecke G, Strehle S (2024). “Esplorazione dell’ossidazione superficiale e dell’instabilità ambientale di 2H-/1T”-MoTe2 Utilizzo della litografia con sonda di scansione basata sulle emissioni di campo”, Advanced Materials, 36, 2310887 (1-14), https://doi.org/10.1002/adma.202310887
