La deformazione 2D dei materiali porta a nuovi dispositivi elettronici

Con esclusive proprietà elettroniche, meccaniche e ottiche, il grafene è un materiale 2D sorprendente e una delle membrane elastiche più sottili della natura. In particolare, questo materiale meraviglioso rappresenta un ottimo candidato per le applicazioni su sistemi nanoelettromeccanici; sensori costituiti da membrane di grafene in sospensione rappresentano i più sottili risonatori meccanici.

Gli scienziati impegnati nel progetto STRENGTHNANO (Strain engineering of atomically-thin nanomembrane-based electromechanical devices) hanno studiato la possibilità di sviluppare applicazioni straintronic usando grafene e altri materiali 2D con caratteristiche radicalmente diverse rispetto a quelle del grafene. Il campo “straintronic” è una nuova strada promettente verso lo sviluppo di dispositivi con funzionalità extra che non possono essere ottenute con semiconduttori 3D. Il comportamento di questi dispositivi può essere progettato introducendo deformazioni meccaniche in semiconduttori 2D, portando a dispositivi con utili proprietà elettroniche e ottiche.

Il team ha dimostrato che quando si applica tensione non uniforme su grafene e bisolfuro di molibdeno (MoS2), gli elettroni si comportano in modo diverso. Questo fenomeno è stato sfruttato per modificare con successo le proprietà elettroniche e ottiche nonché per controllare le dinamiche degli eccitoni di questi materiali semiconduttori 2D.

Questa scoperta dimostra che la progettazione dello sforzo può migliorare le prestazioni dei dispositivi mediante proprietà meccaniche ed elettroniche di messa a punto precisa. Gli scienziati hanno sperimentato per primi tecniche per la realizzazione di grafene multistrato sospeso e nanostrutture MoS2. Tra i diversi metodi seguiti per l’introduzione di sforzo vi sono stati il piegamento dei substrati flessibili e l’arricciamento dei semiconduttori.

Un’altra attività del progetto ha incluso lo sviluppo di risonatori meccanici basati su alcuni strati di grafene con proprietà elettromeccaniche regolabili e la lettura elettrica delle loro vibrazioni. Inoltre, il team ha dimostrato risonatori meccanici basati su MoS2 monostrato con il rilevamento ottico della loro oscillazione.

La modifica delle proprietà elettroniche attraverso lo sforzo (straintronics) è un importante campo di studio in materiali a bassa dimensionalità. Il lavoro di ricerca in STRENGTHNANO dovrebbe offrire all’Europa un grande vantaggio nello sviluppo di una nuova generazione di dispositivi elettronici. Le attività e gli esiti del progetto sono stati diffusi in numerose pubblicazioni su riviste specializzate.