As heteroestruturas de Van der Waals são coleções de materiais cristalinos bidimensionais atomicamente finos que possuem excelentes propriedades de condutividade para uso em dispositivos eletrônicos modernos. Um exemplo bem conhecido de um semicondutor bidimensional é o grafeno, consistindo de uma estrutura alveolar de átomos de carbono com uma espessura de apenas um átomo. Anteriormente, o desenvolvimento de heteroestruturas de van der Waals estava limitado às operações manuais complexas e de trabalho intensivo necessárias para sua produção. Cristais bidimensionais obtidos por esfoliação de material solto tinham que ser identificados, coletados e depois empilhados à mão. Tal processo claramente não é adequado para a produção industrial de dispositivos eletrônicos com heteroestruturas de van der Waals.
Um grupo de cientistas japoneses do Instituto de Ciência Industrial da Universidade de Tóquio tem resolvido este problema através do desenvolvimento de um robô automatizado, o que acelera significativamente a montagem de cristais bidimensionais ea formação de van der Waals heteroestruturas. O robô consiste em um microscópio ótico de alta velocidade que detecta cristais e registra suas posições e parâmetros em um banco de dados de computador. O software especial desenha heteroestruturas usando informações no banco de dados. A heteroestrutura é então montada por equipamentos robóticos controlados por um algoritmo de computador.
Os resultados do trabalho foram publicados na Nature Communications.
"O robô pode encontrar, recolher e coletar cristais bidimensionais em uma pequena caixa", diz o autor do trabalho, Satoru Masubuchi. "Ele é capaz de encontrar até 400 grafeno em flocos por hora, o que é muito mais rápido do que se fosse feito manualmente".
Coletando flocos de grafeno em heteroestruturas de Van der Waals, o robô conseguiu fazer até quatro camadas por hora. Com sua ajuda, eles criaram uma heterostructure de van der Waals (foto acima) de 29 camadas alternadas de grafeno e nitreto de boro hexagonal (outro semicondutor comum). O número recorde de camadas produzidas à mão era de 13, então o robô superou significativamente as pessoas na capacidade para esta operação.
O desenvolvimento de tal robô irá acelerar e melhorar a produção de heteroestruturas e seu uso em dispositivos eletrônicos, passo a passo, aproximando-nos da criação de dispositivos contendo materiais de design em nível atômico.
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