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

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 utilizado na confecção de placas cerâmicas, coletes à prova de balas e outros produtos comerciais, o SiC é um semicondutor, material que possui condutividade elétrica moderada, variando entre a de condutores e isolantes.

Físicos e cientistas de materiais investigam as propriedades deste 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 as 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, já que os estudos existentes relataram apenas nanoflocos desordenados de SiC 2D.

Pesquisadores da Universidade de Lund, da Universidade de Tecnologia de Chalmers e da Universidade de Linköping foram recentemente capazes de sintetizar SiC em favo de mel monocamada epitaxial monocristalino sobre 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 grandes áreas e de baixo para cima do indescritível alótropo 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, ao Phys.org. "Já se sabia que o grafeno pode ser cultivado 'através' de camadas de SiC, e a esperança era fazer isso e criar uma camada de encapsulamento de grafeno sobre os filmes de metal duro. 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 metal duro. No entanto, ao tentarem caracterizar as propriedades desta camada utilizando uma técnica conhecida como ARPES (espectroscopia de fotoemissão com resolução angular), observaram espectros muito impressionantes e fascinantes que não se assemelhavam aos observados no grafeno.

“Acabou descobrindo que não havia grafeno nas amostras”, disse Polley.

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

Polley e seus colegas ainda não entenderam todos os detalhes do processo que sustenta o crescimento bem-sucedido do SiC monocamada em favo de mel. Mesmo assim, conseguiram identificar uma técnica que permite sua síntese.

Essencialmente, esta técnica envolve a colocação de uma fina película de carboneto de metal de transição sobre um substrato de SiC. Quando esta pilha de material é recozida a temperaturas suficientemente altas, o SiC se decompõe, enquanto o carboneto metálico permanece intacto, e os átomos de Si e C migram para a superfície.

"Se você recozer quente o suficiente, 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, acontece que o Si e o C não apenas permanecem na superfície, mas também recristalizam em SiC em favo de mel. Até agora não havia nenhum método conhecido para criar SiC em favo de mel de cristal único de grande área, então ficamos surpresos que funciona de jeito nenhum!"