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(noticias nanowerk) Para fabricar chips cada vez más pequeños y potentes se necesitan nuevos materiales ultrafinos: materiales 2D que tengan sólo un átomo o incluso unos pocos átomos de espesor. Pensemos, por ejemplo, en el grafeno o en una membrana de silicio ultrafina.
Los científicos de TU Delft han dado un paso importante en la aplicación de estos materiales: ahora pueden medir importantes propiedades térmicas de membranas de silicio ultrafinas. Una ventaja importante de su método es que no requiere contacto físico con la membrana, lo que permite medir propiedades impecables y eliminar la necesidad de una fabricación compleja.
La investigación fue publicada en materiales APL (“Metodología optomecánica para caracterizar las propiedades térmicas de materiales 2D”).
“Las membranas extremadamente delgadas tienen propiedades completamente diferentes a las de los materiales que vemos a nuestro alrededor. «El grafeno, por ejemplo, es más resistente que el acero y, sin embargo, extremadamente flexible», afirma Gerard Verbiest, investigador de la Universidad Técnica de Delft. «Estas son propiedades que hacen que estos materiales sean muy adecuados para su uso en sensores, siempre que se comprendan adecuadamente».
Como ocurre con muchos dispositivos electrónicos, la conducción de calor es un desafío importante para lograr el mejor rendimiento. Ayuda a determinar qué tan bien responde un material a ciertas cargas que debe soportar un chip o sensor. La conducción de calor en dos dimensiones es fundamentalmente diferente de la conducción en tres dimensiones. Por lo tanto, las propiedades térmicas de los materiales 2D son de gran interés tanto desde una perspectiva científica como de aplicación. Sin embargo, existen pocas técnicas disponibles para determinar con precisión estas propiedades en membranas suspendidas ultrafinas.
Los investigadores utilizaron un método optomecánico para determinar el coeficiente de expansión térmica, el calor específico y la conductividad térmica de membranas ultrafinas hechas de 2H-TaS.2FePS3silicio policristalino, MoS2y WSe2. Se accionó una membrana suspendida con un láser de potencia modulada y se midió su deflexión en función del tiempo con un segundo láser. De esta manera se miden tanto la frecuencia de resonancia mecánica básica de la membrana dependiente de la temperatura como la constante de tiempo térmica característica a la que se enfría la membrana.
La colaboración entre la ciencia y la industria es crucial para el desarrollo de esta tecnología. Verbiest: “Al medir membranas delgadas de silicio en este proyecto, hemos demostrado que la técnica que desarrollamos en Delft funciona con materiales relevantes para la industria de los semiconductores. Esto supone un impulso adicional para la investigación, ya que los resultados pueden conducir directamente a una futura aplicación industrial. «Esto es importante para los Países Bajos y una importante motivación para esta investigación».
Las propiedades térmicas obtenidas concuerdan bien con los valores reportados en la literatura para los mismos materiales. Esta investigación proporciona un método optomecánico para determinar las propiedades térmicas de membranas suspendidas ultrafinas que de otro modo serían difíciles de medir. Proporciona un camino para mejorar nuestra comprensión del transporte de calor en el límite 2D y facilita el diseño de estructuras 2D con un rendimiento térmico específico.
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