(Phys.org) —Angela Hight Walker från PML:s Semiconductor and Dimensional Metrology Division och kollegor har lyckats mäta en tidigare okänd men väsentlig egenskap-värmeledningsförmåga-av ett ultratunt material som förväntas spela en stor roll i snabb- framväxande område inom nanoelektronik.

Föreningen är molybden -disulfid (MoS2, eller "moly" för kort), ett av de så kallade 2D-materialen-material där en dimension bara är några nanometer tjock. Den första och mest kända medlemmen i denna klass är grafen, den kycklingtrådformade uppsättningen kolatomer som isolerades för bara ett decennium sedan. Den prestationen var grunden för 2010 års Nobelpris i fysik. Sådana material är av allt mer brådskande intresse för forskare och industrin för användning i avancerade elektroniska apparatstrukturer med funktioner som mäts i nanometer (miljardelar av en meter) som kan läsa, skriva, och lagra data på ett helt annat sätt än konventionella transistorer.

Ett antal 2D -material "uppvisar egenskaper som kan möjliggöra nya minnesenheter, "enligt den nyligen släppta International Technology Roadmap for Semiconductors, branschens guidebok för framtida innovation. Moly, ett ämne som består av alternerande lager av molybden och svavel, var och en endast en atom tjock, visar löfte om miniatyrisering av datalagring utöver de nuvarande nivåerna i flashminne. Men tills helt nyligen, ett av molys nyckelattribut hade aldrig mätts.

"När vi började vår studie, lite var känt om de termiska egenskaperna hos detta material, "Hight Walker säger, "och ändå är denna information avgörande. Mätning av värmeledningsförmåga är ett absolut kritiskt steg i utvärderingen av ett material för tillämpningar inom elektronik - eller någon annanstans, för den delen."

I en publikation tidigare i år, laget rapporterade de första mätningarna av värmeledningsförmåga i moly monolager - inte bara med prover som stöds på substrat som safir, eller interagerar med elektriska isolatorer såsom hafniumoxid, men på isolerade prover av moly suspenderade i rymden över öppna områden ca 1,2 mikrometer breda och därmed opåverkade av de termiska egenskaperna hos de kontaktande materialen.

"Vad gör detta arbete särskilt viktigt, "säger Hight Walker från Nanoelectronics Group, "är att vi nu verkligen kan undersöka materialets inneboende fysiska egenskaper. Vetenskapligt, det här är väldigt spännande. "

Teamet använde en teknik som kallas Raman -spektroskopi, vilket innebär att monokromatiskt laserljus lyser på det atomtunna moly -provet och detekterar det spridda ljuset. Frekvensen för det spridda ljuset beror på hur materialet sträcker sig och vibrerar, och under avbildningstemperatur påverkar dessa vibrationer.

Gruppen studerar effekten av temperatur på två sätt:ett genom att värma provmiljön, och en genom att öka lasereffekten på provet. Forskarna kunde fastställa att moly är cirka 100 gånger mindre effektiv vid att leda värme än grafen, men att dess termiska svar kan modelleras ganska bra.

De nya mätningarna ger den första omfattande titt på hur moly påverkas av temperaturhöjning orsakad av elektrisk ström, ljus, eller andra källor. Fynden kan påskynda användningen av moly - ensam eller i kombination med andra 2D -material - i nya elektroniska enheter, eller andra förväntade användningsområden som vattensplittring för vätegenerering och förbättrade elektroder för litiumjonbatterier. "Genom att förstå vad dess egenskaper är, vi kan matcha det med applikationer för att utnyttja materialets underverk, "Säger Hight Walker.

Ett brett spektrum av applikationer övervägs. "Även om tvådimensionella (2D) övergångsmetalldykalkogenider (TMD) har studerats i årtionden, de senaste framstegen inom nanoskala materialkarakterisering och tillverkning av enheter har väckt betydande uppmärksamhet i halvledarindustrin på grund av nya möjligheter för 2D elektroniska och optoelektroniska enheter, "säger Gennadi Bersuker, Stipendiat på SEMATECH.

"Med utbudet av attraktiva egenskaper som närvaro av ett bandgap och hög termisk och mekanisk stabilitet, TMD-material har öppnat nya möjligheter för en mängd olika applikationer, inklusive lågeffekt digital och flexibel elektronik, sensorer, solceller, och spintronics. "

Samarbetspartners i projektet omfattade forskare från Notre Dame och Towson University samt Ecole Polytechnique Federal de Lausanne i Schweiz, som gav de extremt högkvalitativa MoS2-proverna. Arbetet utfördes vid PML -laboratorier i Gaithersburg, MD, som har den sofistikerade utrustningen och instrumenteringen som krävs för att göra precisionsmätningarna.