Un equipo de investigación internacional dirigido por la Escuela de Ingeniería Tandon de la Universidad de Nueva York y el KAIST (Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea) ha desarrollado una nueva técnica para identificar y caracterizar defectos a escala atómica en el nitruro de boro hexagonal (hBN), originalmente bidimensional (). 2D) material al que a menudo se hace referencia como “grafeno blanco” por sus notables propiedades.
El avance podría acelerar el desarrollo de la electrónica y las tecnologías cuánticas de próxima generación.
El equipo informó que pudieron detectar la presencia de átomos de carbono individuales en lugar de átomos de boro en el cristal de HBN. El descubrimiento fue posible escuchando el “ruido” electrónico en transistores especialmente diseñados, similar a escuchar susurros en una habitación silenciosa.
ACS Nano Seleccionó el artículo de investigación como artículo de portada de la edición del 22 de octubre de 2024.
“En este proyecto, básicamente construimos un estetoscopio para materiales 2D”, dijo Dawood Shahrjardi, uno de los autores correspondientes del artículo con Yong-Hoon Kim. “Al analizar las fluctuaciones pequeñas y rítmicas de la corriente eléctrica, podemos ‘comprender’ el comportamiento de defectos atómicos individuales”.
Shahrjardi es profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de NYU Tandon, miembro de la facultad de NYU WIRELESS y director de la Sala Limpia de Nanofabricación de NYU (NanoFab), que se inauguró en 2023. Kim es profesora de ingeniería eléctrica en KAIST. Shahrjerdi y Kim también son profesores adjuntos en el Instituto de Investigación y Innovación Global NYU-KAIST, donde lideran colaboraciones en el Grupo de Investigación de Chips y Dispositivos Semiconductores de Próxima Generación de NYU-KAIST.
La asociación NYU-KAIST fue lanzada formalmente en la Universidad de Nueva York en septiembre de 2022 por el presidente de Corea del Sur. Esta asociación histórica combina las fortalezas distintivas de ambas universidades para promover la investigación y la educación y actualmente involucra a más de 200 profesores de ambas instituciones.
El HBN monocristalino se ha convertido en un material prometedor en los círculos científicos, que promete transformar campos desde la electrónica no convencional hasta las tecnologías cuánticas.
La estructura atómicamente delgada y las excelentes propiedades aislantes del hBN lo convierten en un medio ideal para albergar fenómenos físicos exóticos que no son posibles con los materiales convencionales. Los defectos atómicos del HBN pueden degradar sus propiedades electrónicas, a veces de maneras que pueden explotarse para tecnologías cuánticas.
El equipo de la Universidad de Nueva York construyó un transistor utilizando algunas capas finas de disulfuro de molibdeno (otro material semiconductor 2D) intercaladas entre capas de hBN. Al enfriar el dispositivo a temperaturas criogénicas y aplicar un voltaje eléctrico preciso, pudieron observar saltos discretos en la corriente que fluye a través del transistor.
Estos saltos, llamados señales telegráficas aleatorias (RTS), ocurren cuando los electrones son capturados y liberados por defectos en el HBN. Al analizar cuidadosamente estas señales a diferentes temperaturas y voltajes, el equipo pudo determinar los niveles de energía y la ubicación espacial de los defectos.
“Parece que hemos desarrollado un microscopio que puede ‘ver’ átomos individuales, pero en lugar de luz, estamos usando electricidad”, dijo Zhuzhen Huang, primer autor del artículo y Ph. D en Tandon ECE de la Universidad de Nueva York. estudiante en el momento de realizar el estudio.
Luego, el equipo de KAIST utilizó simulaciones informáticas avanzadas para aclarar el origen atómico de las observaciones experimentales. Específicamente, esta combinación de experimento y teoría reveló que los defectos son átomos de carbono ubicados donde deberían estar los átomos de boro en la estructura cristalina de hBN.
“Comprender y controlar los defectos en materiales 2D podría tener implicaciones importantes para el futuro de la electrónica y las tecnologías cuánticas”, explicaron Sharjaridi y Kim. “Por ejemplo, podríamos crear plataformas de materiales cuánticos más perfectas para el descubrimiento de nueva física o emisores de fotón único para comunicaciones seguras”.
