EPFL-forskare har utvecklat en metod för att permanent ändra de fysiska egenskaperna hos 2D-material med hjälp av en nanometrisk spets. Deras tillvägagångssätt, som innebär att materialen deformeras, banar väg för att använda dessa material i elektroniska och optoelektroniska enheter.

Alla material har sina egna egenskaper – de kan vara isolerande, halvledande, metallisk, transparent eller flexibel, till exempel. Vissa kombinerar flera mycket användbara egenskaper, vilket är fallet för 2D-material. Består av bara ett eller få lager av atomer, dessa material är mycket lovande för tillverkning av nästa generations elektroniska och optoelektroniska enheter.

"Inom vårt område, kisel är fortfarande kung. Men det når sina gränser för vissa elektroniska enheter, som de som behöver vara flexibla eller transparenta. 2D-material kan vara ett gångbart alternativ, säger Jürgen Brugger, professorn som leder Microsystems Laboratory 1 vid EPFLs Tekniska Högskola.

Anpassa egenskaper för specifika applikationer

Innan 2D-material kan användas, de måste struktureras, vilket innebär att skära dem i rätt storlek och form för den givna applikationen. Deras fysiska egenskaper (som bandgapet) måste också justeras, både genomgående i materialet och på specifika platser. Forskare vid Microsystems Laboratory 1, arbetar i samarbete med ETH Zürich och IBM, har utvecklat en ny metod för att förändra egenskaperna hos dessa material.

Deformerande material med en nanometrisk spets

Forskargruppen använde termisk scanning sond litografi (t-SPL), vilket innebär att placera en uppvärmd nanometrisk spets på materialet och utöva tryck för att skapa den önskade formen - i det här fallet, vågig – samtidigt som du noggrant kontrollerar kraften och temperaturen. "Det finns redan flera metoder för att deformera 2D-material globalt och lokalt. Men vårt termomekaniska tillvägagångssätt kan skapa större deformationer och därför ge större variationer i ett materials fysiska egenskaper, " säger Ana Conde-Rubio, en forskare vid EPFL-labbet. Mer specifikt, den nya metoden kan ändra energigapet mellan valensbandet och ledningsbandet, ändrar följaktligen materialets elektroniska och optiska egenskaper. Och denna förändring i bandgap kan utföras lokalt med en rumslig upplösning ner till 20 nanometer.

Ett enda verktyg för att skära och modifiera 2D-material

Forskarna hade redan utvecklat en metod för att skära 2D-material med hög precision. Nu är deras mål att kombinera den metoden med detta nya sätt att förändra materialets egenskaper. "Med samma verktyg, t-SPL, vi kommer att kunna tillverka enheter med önskad form, dimensioner och fysikaliska egenskaper, med en upplösning ner till 10 nanometerskalan", säger Xia Liu, en annan forskare vid Bruggers labb. Teamets resultat har publicerats i Nanobokstäver .

Deras arbete ingår i ett större forskningsprojekt för att utveckla nya processer för tillverkning och modifiering av polymermaterial för bärbara och implanterbara produkter. Målet är att möjliggöra övergången från lab-skala till industriell skala produktion av nästa generations enheter.