I ricercatori dell’Università della Scienza di Tokyo hanno sviluppato un metodo semplice e potente che consente di fabbricare dispositivi elettronici ultrasottili per circuiti integrati su scala ultralarga, segnando un significativo passo avanti per la ricerca sui materiali 2D.
I materiali bidimensionali (2D) a conduzione elettronica sono attualmente temi caldi di ricerca sia in fisica sia in chimica, grazie al loro potenziale nella scienza e nella tecnologia. Inoltre la combinazione di diversi materiali 2D, chiamati eterostrutture, espande la diversità delle loro proprietà elettriche, fotochimiche e magnetiche, portando allo sviluppo di dispositivi elettronici innovativi che non si potrebbero costruire con un solo materiale.
I materiali conduttori 2D realizzati con materiali organici, chiamati “nanofogli di coordinazione“, possono essere ottenuti combinando metalli e ligandi, da quelli con proprietà metalliche come il grafene e proprietà semiconduttrici come i dichalcogenuri di metalli di transizione, a quelli che possiedono proprietà isolanti come il nitruro di boro. Questi nanofogli danno luogo a un processo chiamato transmetallazione, il quale consente la sintesi di eterostrutture laterali con “eterogiunzioni“, che non possono essere ottenute tramite reazione diretta. Le eterogiunzioni sono interfacce tra due materiali che hanno proprietà elettroniche distinte e quindi possono fungere da dispositivi elettronici. Inoltre impiegando eterogiunzioni di nanofogli coordinati, è possibile creare nuove proprietà elettroniche difficili da ottenere con i materiali 2D convenzionali. Nonostante questi vantaggi, la ricerca sulla transmetallazione come metodo per fabbricare eterostrutture è ancora limitata.
L’intuizione
Un team di ricercatori dell’Università della scienza di Tokyo (TUS) ha utilizzato la transmetallazione sequenziale per sintetizzare eterogiunzioni laterali di nanofogli di coordinazione Zn3BHT. Gli scienziati hanno prodotto e caratterizzato il nanofoglio di coordinazione Zn3BHT e successivamente hanno studiato la transmetallazione di Zn3BHT con rame e ferro. Il Prof. Hiroshi Nishihara spiega: “Tramite l’immersione sequenziale e spazialmente limitata del nanofoglio in soluzioni acquose di rame e ioni di ferro in condizioni blande, abbiamo realizzato eterostrutture con eterogiunzioni nel piano di nanofogli di ferro e rame transmetallati“. Semplice ed economico, questo processo non richiede attrezzature di grandi dimensioni. La sfida è come realizzare film sottili altamente cristallini e privi di impurità. Se saranno disponibili camere bianche e reagenti altamente purificati, si potranno presto realizzare tecniche di produzione commercialmente valide.
