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May 20, 2023

Estudo identifica uma nova técnica de síntese para obtenção de favo de mel monocamada SiC

Recurso de 13 de março de 2023

Recurso de 13 de março de 2023

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por Ingrid Fadelli, Phys.org

O carboneto de silício (SiC) é um composto cristalino duro de silício e carbono que raramente ocorre na natureza e geralmente é produzido sinteticamente. Além de ser usado para criar placas de cerâmica, coletes à prova de balas e outros produtos comerciais, o SiC é um semicondutor, um material que possui condutividade elétrica moderada, variando entre a de condutores e isolantes.

Físicos e cientistas de materiais vêm investigando as propriedades desse semicondutor há décadas. Como outros materiais, o SiC pode existir em diferentes formas físicas (ou seja, alótropos), e seu alótropo 2D até agora permaneceu indescritível e principalmente hipotético.

De acordo com previsões teóricas, o alótropo 2D deste semicondutor teria um grande gap direto de 2,5 eV e uma alta versatilidade química, e seria estável em condições ambientais. Até agora, no entanto, isso não foi verificado empiricamente, pois os estudos existentes relataram apenas nanoflocos desordenados de SiC 2D.

Pesquisadores da Lund University, da Chalmers University of Technology e da Linköping University foram recentemente capazes de sintetizar SiC monocristalino epitaxial monocamada em cima de filmes ultrafinos de carboneto de metal de transição colocados em substratos de SiC. Seu artigo, publicado na Physical Review Letters, apresenta uma técnica promissora para a síntese de grande área e de baixo para cima do alótropo indescritível do SiC.

"Nossos colaboradores estão interessados ​​em estudar filmes finos de carboneto de metal de transição em substratos de SiC", disse Craig Polley, um dos pesquisadores que realizou o estudo, à Phys.org. "Já se sabia que o grafeno pode crescer 'através' de camadas sobre SiC, e a esperança era fazer isso e criar uma camada de encapsulamento de grafeno sobre os filmes de carboneto de metal. Portanto, o ponto original em que nos envolvemos foi estudar as propriedades desta camada de grafeno crescida."

Inicialmente, Polley e seus colegas estavam tentando investigar as propriedades de uma camada de encapsulamento de grafeno formada sobre filmes de carboneto de metal. No entanto, ao tentar caracterizar as propriedades dessa camada usando uma técnica conhecida como ARPES (espectroscopia de fotoemissão resolvida por ângulo), eles observaram espectros muito impressionantes e fascinantes que não se assemelhavam aos observados no grafeno.

"Finalmente descobriu-se que não havia grafeno nas amostras", disse Polley.

"Foram necessárias muitas medições e cálculos antes de podermos identificar o que era essa superfície misteriosa, e ficamos agradavelmente surpresos quando descobrimos que era um favo de mel SiC, já que esse nunca foi nosso plano!"

Polley e seus colegas ainda precisam entender todos os detalhes do processo que sustenta o crescimento bem-sucedido do SiC alveolar monocamada. No entanto, eles conseguiram identificar uma técnica que permite sua síntese.

Essencialmente, esta técnica envolve a colocação de um filme fino de carboneto de metal de transição no topo de um substrato de SiC. Quando esta pilha de material é recozida a temperaturas suficientemente altas, o SiC se decompõe, enquanto o carboneto de metal permanece intacto e os átomos de Si e C migram para a superfície.

“Se você recozir suficientemente quente, o Si sai e o C recristaliza em grafeno – e esta é uma técnica bem conhecida para cultivar camadas de grafeno de alta qualidade em SiC simples”, explicou Polley. "Mas para as condições corretas de recozimento, verifica-se que Si e C não apenas permanecem na superfície, mas recristalizam em favo de mel SiC. Até agora não havia nenhum método conhecido para criar grande área, monocristal de favo de mel de SiC, então ficamos surpresos que funciona mesmo!"