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Cómo cortar materiales 2D de tamaño atómico

Un equipo de investigadores ha desarrollado una tecnología de alta precisión que permite grabar diminutos patrones en partículas de grosor atómico para posibles aplicaciones en la fabricación de nanodispositivos electrónicos y fotónicos.

Tecnologías industriales

Los materiales 2D con un grosor de unos pocos nanómetros o inferior han captado la atención en los últimos años gracias a sus propiedades específicas como su estructura en capas, su alta superficie y su variación de composiciones químicas. Estas características los convierten en posibles sustitutos para diferentes materiales convencionales con aplicaciones en transistores de efecto de campo, sensores electroquímicos y sensores físicos. Dichos materiales se utilizan en dispositivos electrónicos vestibles, en productos optoelectrónicos y en tecnología de semiconductores. Para la mayoría de las aplicaciones con materiales 2D, es necesario realizar los patrones de las nanoestructuras funcionales mediante litografía, lo que puede ser un proceso complejo puesto que la utilización de productos químicos agresivos o de partículas eléctricamente cargadas aceleradas, como electrones o iones, puede dañar las propiedades del material. Para hacer frente a este desafío, un equipo de investigadores ha desarrollado una tecnología que utiliza un escalpelo miniaturizado para cortar con precisión y directamente los materiales 2D. El equipo, que recibió apoyo de del proyecto MEMS 4.0 financiado con fondos europeos, «utilizó una nueva técnica de estructuración a nanoescala denominada litografía de sonda de barrido térmica (t-SPL, por sus siglas en inglés), la cual funciona de un modo similar al de un microscopio de fuerza atómica», tal y como se explica en una noticia del Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana (EPFL), que alberga el proyecto MEMS 4.0. Los investigadores publicaron sus conclusiones en la revista «Advanced Materials». «En este caso, se demuestra una técnica de indentación termomecánica que permite el corte directo de materiales 2D con una nanopunta de barrido calentada. Se obtienen cortes de formas arbitrarias con una resolución de 20 nm en materiales 2D monocapa, como diteluluro de molibdeno (MoTe ), disulfuro de molibdeno (MoS ) y diselenuro de molibdeno (MoSe ), mediante la escisión termomecánica de los enlaces químicos y por la rápida sublimación de la capa polimérica bajo la capa de material 2D».

Diversas aplicaciones

La doctora Ana Conde Rubio, autora del estudio y citada en la noticia del EPFL, comenta: «Utilizamos el calor para modificar el sustrato y hacerlo más flexible e incluso, en algunos casos, convertirlo en gas. Por lo tanto, podemos grabar en el material 2D con mayor facilidad». El doctor Samuel Tobias Howell, autor del estudio, añade: «Utilizamos un sistema dirigido por ordenador para controlar el proceso de calentamiento y enfriamiento ultrarrápidos y la posición de la punta. Esto nos permite realizar indentaciones predefinidas para crear, por ejemplo, las nanocintas que se utilizan en dispositivos nanoelectrónicos». La técnica podría ser beneficiosa para aplicaciones en nanoelectrónica, nanofotónica y nanobiotecnología, «puesto que contribuirá a que los componentes electrónicos sean más pequeños y más eficientes», según la doctora Xia Liu, otra de las autoras del estudio. En la siguiente fase, «la investigación se centrará en el estudio de una amplia gama de materiales y en encontrar combinaciones que funcionen en nanosistemas integrados. Las futuras actividades también revisarán el diseño de la palanca y de la nanopunta para lograr un mejor rendimiento de nanocorte», según se explica en la noticia. El profesor Jürgen Brugger explica: «Los sistemas microelectromecánicos (SMEM) basados en polímeros cuentan con un gran número de aplicaciones electrónicas y biomédicas potenciales. Pero todavía estamos en las primeras fases del desarrollo de las técnicas para el diseño de polímeros funcionales en microsistemas 3D». El profesor Brügger «espera ampliar los límites y descubrir nuevos materiales y procesos para los SMEM al centrarse en la plantilla, el proceso de impresión, el autoensamblado dirigido de los nanomateriales y el procesamiento térmico localizado». El proyecto MEMS 4.0 (Additive Micro-Manufacturing for Plastic Micro-electro-Mechanical-Systems), que aportó financiación para el estudio, finalizará en septiembre de 2022. «El objetivo de MEMS 4.0 por analogía con el concepto industria 4.0 es la investigación concertada de fabricación por adición a microescala o a nanoescala y las técnicas clave relacionadas», tal y como señala la ficha informativa del proyecto. Para obtener más información, consulte: Proyecto MEMS 4.0

Palabras clave

MEMS 4.0, nanoelectrónico, material 2D, fabricación por adición, microelectromecánico