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Engineering of new 2D materials phases not existing in Nature

Descripción del proyecto

Sintetizar fases naturalmente inexistentes de materiales bidimensionales

El equipo del proyecto 2D-ENGINE, financiado con fondos europeos, pretende sintetizar fases naturalmente inexistentes de materiales bidmensionales (2D) con funcionalidades novedosas para su uso en diversas aplicaciones (opto)electrónicas. Para ello, utilizará técnicas de crecimiento avanzadas, como sustratos catalizadores de metal líquido, para producir monocristales de gran superficie. Con métodos como la difracción de rayos X de sincrotrón, la espectroscopia Raman y la microscopía óptica se controlará su crecimiento en tiempo real y se detectarán nuevas fases 2D a escala atómica, con el apoyo de simulaciones atomísticas y análisis de datos asistidos por inteligencia artificial (IA). Gracias a la ayuda de un brazo robótico para la separación directa, la torsión de capas y la transferencia de materiales, se ensamblarán pilas de capas de dispositivos para su transformación en transistores a nanoescala y diodos emisores de luz.

Objetivo

2D ENGINE targets new 2D materials phases that do not exist in Nature in bulk but that can be engineered by synthetic techniques in thin film form. The new 2D phases emerge from their 3D polar parent materials with the wurtzite structure and stabilize below a critical thickness (a few ML) as a result of surface energy minimization, adopting a planar non-polar hexagonal (h) BN-like structure. The new materials exhibiting sp2 hybridization are expected to have the stability of graphene but also possess a finite energy gap that makes them useful for (opto)electronic devices. h-AlN 2D dielectric as well as h-GaN and h-SiC 2D semiconductors are targeted with the aim to fabricate functional electronic and photonic devices, first as a means to validate the quality of these materials at the highest possible level, second to show that the new 2D phases could have an impact addressing urgent needs in digital and Si photonics technologies. Moreover, 2D ENGINE aims to show new functionalities such as nanoscale ferroelectricity produced by twisted bilayer h-AlN or h-BN which can lead to ultra-low power ferroelectric tunnel junction memristors for in-memory computing.

To implement the objectives, we will base our growth methodology on liquid metal catalyst (LMCat) substrates to achieve seamless merging of small islands to larger-area single crystals in the mm scale. High-sensitivity synchrotron XRD, surface analytical techniques, Raman spectroscopy and radiation-mode optical microscopy will be employed for real time (operando) monitoring of growth and for the unambiguous identification of the new 2D phases at the atomic scale supported by atomistic simulations and AI-assisted data analysis. The necessary process modules will be developed with an emphasis on robotic-arm-assisted direct separation, layer twisting and transfer in order to assemble the device layer stacks for further processing of nano-scaled 2D transistors and integrated 2D LED/waveguide systems.

Ámbito científico (EuroSciVoc)

Palabras clave

Programa(s)

Tema(s)

Régimen de financiación

HORIZON-RIA - HORIZON Research and Innovation Actions

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Convocatoria de propuestas

(se abrirá en una nueva ventana) HORIZON-CL4-2023-DIGITAL-EMERGING-01-CNECT

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Coordinador

"NATIONAL CENTER FOR SCIENTIFIC RESEARCH ""DEMOKRITOS"""
Aportación neta de la UEn
€ 543 875,00
Dirección
END OF PATRIARCHOU GRIGORIOU E AND 27 NEAPOLEOS STREET
153 41 AGIA PARASKEVI
Grecia
Región
Αττική Aττική Βόρειος Τομέας Αθηνών
Tipo de actividad
Research Organisations
Enlaces
Coste total
€ 543 875,00

Participantes (6)