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Piezoelectricidad en un 2.o semiconductor

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La piezoelectricidad es un efecto bien conocido en cristales a granel

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Una puerta ha sido abierta en los interruptores de baja potencia de off/on en los sistemas microelectromecánicos (MEMS) y los dispositivos nanoelectronic, así como biosensores ultrasensibles, con la primera observación de la piezoelectricidad en un semiconductor de dos dimensiones derecho libre por un equipo de investigadores con el Ministerio de los E.E.U.U. de laboratorio nacional de s Lorenzo Berkeley de Energía (GAMA) '(laboratorio de Berkeley).

Xiang Zhang, director de la división de las ciencias materiales del laboratorio de Berkeley y de una autoridad internacional en la ingeniería del nanoscale, llevó un estudio en el cual la piezoelectricidad - la conversión de la energía mecánica en electricidad o viceversa - fue demostrada en un de una sola capa derecho libre del disulfuro de molibdeno, un 2.o semiconductor que es un sucesor potencial al silicio para dispositivos electrónicos más rápidos en el futuro.

La “piezoelectricidad es un efecto bien conocido en cristales a granel, pero ésta es la primera medida cuantitativa del efecto piezoeléctrico en un de una sola capa de moléculas que tenga dipolos intrínsecos del en-plano,” Zhang dice. “El descubrimiento de la piezoelectricidad en el nivel molecular no sólo es fundamental interesante, pero también podría llevar a los piezoeléctrico-materiales y a los dispositivos armoniosos para la generación extremadamente pequeña y la detección de la fuerza.”

Zhang, que celebra la silla dotada Kuh de Ernesto S. en la Universidad de California (UC) Berkeley y es un miembro del instituto de NanoSciences de la energía de Kavli en Berkeley, es el autor correspondiente de un papel en nanotecnología de la naturaleza que describe esta investigación. El papel se titula “observación de la piezoelectricidad en la capa monomolecular libre MoS2.” Co-lleve a los autores son Hanyu Zhu y Yuan Wang, ambos miembros del grupo de investigación de Uc Berkeley de Zhang. (Véase abajo para una lista completa de co-autores.)

Desde su descubrimiento en 1880, el efecto piezoeléctrico ha encontrado el uso amplio en materiales a granel, incluyendo los actuadores, los sensores y las máquinas segadores de la energía. Hay interés de levantamiento al usar los materiales piezoeléctricos del nanoscale para proporcionar el consumo de energía posible más bajo para los interruptores con./desc. en MEMS y otros tipos de sistemas de cálculo electrónicos. Sin embargo, cuando el grueso material se acerca a una sola capa molecular, la energía superficial grande puede hacer las estructuras piezoeléctricas ser termodinámico inestables.

Sobre los últimos pares de años, Zhang y su grupo han estado realizando estudios detallados del disulfuro de molibdeno, un 2.o semiconductor que ofrece la alta conductancia eléctrica comparable a la del graphene, pero, desemejante del graphene, tiene venda-boquetes de la energía natural, que significa que su conductancia se puede apagar.

“Los dichalcogenides del metal de transición tales como disulfuro de molibdeno pueden conservar sus estructuras atómicas abajo al límite de una sola capa sin la reconstrucción del enrejado, incluso en condiciones ambiente,” Zhang dice. Los “cálculos recientes predijeron la existencia de la piezoelectricidad en estos 2.os cristales debido a su simetría quebrada de la inversión. Para probar esto, combinamos un campo eléctrico lateralmente aplicado con la nano-muesca en un microscopio atómico de la fuerza para la medida de la tensión piezoelectrically-generada de la membrana.”

Zhang y su grupo utilizaron un cristal de una sola capa libre del disulfuro de molibdeno para evitar cualquier efecto del substrato, tal como doping y carga parásita, en sus medidas de la piezoelectricidad intrínseca. Registraron un coeficiente piezoeléctrico de 2.9×10-10 C/m, que es comparable a muchos materiales ampliamente utilizados tales como óxido de cinc y nitruro del aluminio.

“Saber el coeficiente piezoeléctrico es importante para diseñar atómico delgadamente los dispositivos y estimando su funcionamiento,” dice que papel de la naturaleza co-lleva a Zhu autor. “El coeficiente piezoeléctrico que encontramos en disulfuro de molibdeno es suficiente para el uso en los interruptores de baja potencia de la lógica y los sensores biológicos que son sensibles a los límites de la masa molecular.”

Zhang, Zhu y sus co-autores también descubrieron que si varias solas capas de cristal del disulfuro de molibdeno fueron apiladas encima de uno otro, la piezoelectricidad estaba solamente presente en el número impar de las capas (1.3.5, los etc.)

“Este descubrimiento es interesante de una perspectiva de la física puesto que ningún otro material ha demostrado sensibilidad similar del capa-número,” Zhu dice. “El fenómeno pudo también probar útil para los usos en los cuales queremos los dispositivos que consisten en los tipos materiales únicamente posibles, donde algunas áreas del dispositivo necesitan ser no-piezoeléctricas.”

Además de los interruptores de la lógica y de los sensores biológicos, la piezoelectricidad en cristales del disulfuro de molibdeno pudo también encontrar uso en la nueva ruta potencial a la computación de quántum y al “valleytronics llamado de proceso de datos ultrarrápido.” En valleytronics, la información se codifica en la vuelta y el ímpetu de un electrón que se mueve a través de un enrejado cristalino como onda con los picos y los valles de la energía.

“Algunos tipos de dispositivos valleytronic dependen de la orientación cristalina absoluta, y la anisotropía piezoeléctrica se puede emplear para determinar esto, 'dice que papel de la naturaleza co-lleva Wang autor. “También estamos investigando la posibilidad de usar piezoelectricidad para controlar directamente características valleytronic tales como dicroísmo circular en disulfuro de molibdeno.”