Nuevos dispositivos electrónicos a partir de la deformación de materiales bidimensionales

El grafeno es un material bidimensional extraordinario con propiedades electrónicas, mecánicas y ópticas singulares y es una de las membranas elásticas más delgadas que ofrece la naturaleza. En particular, este asombroso material es óptimo para aplicaciones en sistemas nanoelectromecánicos; los sensores de membranas de grafeno suspendidas representan los resonadores mecánicos más delgados.

Un equipo de científicos del proyecto STRENGTHNANO (Strain engineering of atomically-thin nanomembrane-based electromechanical devices) investigó la posibilidad de desarrollar aplicaciones de «straintronics» (modificación de las propiedades electrónicas mediante tensión) con grafeno y otros materiales bidimensionales con propiedades muy diferentes a las del grafeno. El campo de straintronics es un nuevo camino, muy prometedor, hacia el desarrollo de dispositivos con funcionalidades adicionales que no pueden obtenerse con semiconductores tridimensionales. Puede controlarse el comportamiento de estos dispositivos introduciendo deformaciones mecánicas en semiconductores bidimensionales, obteniéndose dispositivos con propiedades electrónicas y ópticas muy útiles.

El equipo de trabajo demostró que, cuando se aplica una tensión no uniforme al grafeno y al disulfuro de molibdeno (MoS2), los electrones cambian su comportamiento. Este fenómeno sirvió para modificar las propiedades electrónicas y ópticas así como para controlar la dinámica de los excitones de estos materiales semiconductores bidimensionales.

Este resultado demuestra que controlar la tensión puede mejorar el rendimiento de un dispositivo, a través del ajuste preciso de sus propiedades mecánicas y electrónicas. Se utilizaron técnicas pioneras de fabricación de nanoestructuras de MoS2 y grafeno de muchas capas suspendidas. Para agregar tensión se siguieron diferentes métodos, como el plegado de sustratos flexibles y el frizado de los semiconductores.

Otra actividad del proyecto fue el desarrollo de resonadores mecánicos a base de unas pocas capas de grafeno con propiedades electromecánicas ajustables y lectura eléctrica de su vibración. Además, el equipo de trabajo demostró la utilidad de los resonadores mecánicos basados en una sola capa de MoS2 con lectura óptica de su oscilación.

En lo referente a los materiales de poca dimensión, straintronics es una importante área de estudio. El trabajo de investigación de STRENGTHNANO debería potenciar el liderazgo de Europa en el desarrollo de una nueva generación de dispositivos electrónicos. Las actividades y resultados del proyecto fueron difundidos en diferentes publicaciones en revistas científicas con comité de lectura.