University of Utah materialvetenskap och ingenjörsdoktorn Ashutosh Tiwari håller upp ett substrat som är skiktat med ett nyupptäckt 2D-material gjord av tenn och syre. Tiwari och hans team har upptäckt detta nya material, tennmonoxid, vilket gör att elektriska laddningar kan röra sig genom det mycket snabbare än vanligt 3D-material som kisel. Detta genombrott inom halvledarmaterial kan leda till mycket snabbare datorer och mobila enheter som smartphones som också körs på mindre ström och med mindre värme. Kredit:Dan Hixson/University of Utah College of Engineering
University of Utahs ingenjörer har upptäckt en ny typ av 2D-halvledande material för elektronik som öppnar dörren för mycket snabbare datorer och smartphones som också förbrukar mycket mindre ström.
Halvledaren, gjord av elementen tenn och syre, eller tennmonoxid (SnO), är ett lager av 2D-material endast en atom tjockt, gör att elektriska laddningar kan röra sig genom det mycket snabbare än konventionella 3D-material som kisel. Detta material kan användas i transistorer, livsnerven för alla elektroniska enheter som datorprocessorer och grafikprocessorer i stationära datorer och mobila enheter. Materialet upptäcktes av ett team under ledning av University of Utah materialvetenskap och ingenjörsdoktorn Ashutosh Tiwari.
En artikel som beskriver forskningen publicerades på måndagen, 15 februari, 2016 i tidskriften, Avancerat elektroniskt material . Pappret, som också kommer att vara omslagsberättelsen på den tryckta versionen av tidskriften, var medförfattare av University of Utahs materialvetenskap och ingenjörsdoktorander K. J. Saji och Kun Tian, och Michael Snure från Wright-Patterson Air Force Research Lab nära Dayton, Ohio.
Transistorer och andra komponenter som används i elektroniska enheter är för närvarande gjorda av 3D-material som kisel och består av flera lager på ett glassubstrat. Men nackdelen med 3D-material är att elektroner studsar runt inne i lagren i alla riktningar.
Fördelen med 2D-material, som är ett spännande nytt forskningsfält som har öppnats för bara fem år sedan, är att materialet är gjort av ett lager tjockt av bara en eller två atomer. Följaktligen, elektronerna "kan bara röra sig i ett lager så det går mycket snabbare, säger Tiwari.
University of Utah materialvetenskap och ingenjörsdocent Ashutosh Tiwari står i sitt labb där han och hans team har upptäckt ett nytt 2-D halvledande material tillverkat av tenn och syre. Detta nya material tillåter elektriska laddningar att röra sig genom det mycket snabbare än vanligt 3D-material som kisel. Detta genombrott inom halvledarmaterial kan leda till mycket snabbare datorer och mobila enheter som smartphones som också körs på mindre ström och med mindre värme. Kredit:Dan Hixson/University of Utah College of Engineering
Medan forskare inom detta område nyligen har upptäckt nya typer av 2D-material som grafen, molybdenundisulfid och borofen, de har varit material som endast tillåter rörelse av N-typ, eller negativ, elektroner. För att skapa en elektronisk enhet, dock, du behöver halvledarmaterial som tillåter rörelse av både negativa elektroner och positiva laddningar som kallas "hål". Tennmonoxidmaterialet som upptäckts av Tiwari och hans team är det första stabila 2D-halvledarmaterialet av P-typ som någonsin existerat.
"Nu har vi allt - vi har P-typ 2D-halvledare och N-typ 2D-halvledare, " säger han. "Nu kommer saker att gå framåt mycket snabbare."
Nu när Tiwari och hans team har upptäckt detta nya 2D-material, det kan leda till tillverkning av transistorer som är ännu mindre och snabbare än de som används idag. En datorprocessor består av miljarder transistorer, och ju fler transistorer packade i ett enda chip, desto kraftfullare kan processorn bli.
Transistorer tillverkade med Tiwaris halvledande material kan leda till datorer och smartphones som är mer än 100 gånger snabbare än vanliga enheter. Och eftersom elektronerna rör sig genom ett lager istället för att studsa runt i ett 3D-material, det blir mindre friktion, vilket innebär att processorerna inte blir lika varma som vanliga datorchips. De kommer också att kräva mycket mindre kraft för att köra, en välsignelse för mobil elektronik som måste drivas på batteri. Tiwari säger att detta kan vara särskilt viktigt för medicinsk utrustning som elektroniska implantat som kommer att köras längre på en enda batteriladdning.
"Fältet är väldigt varmt just nu, och folk är väldigt intresserade av det, " Tiwari säger. "Så om två eller tre år borde vi se åtminstone någon prototypenhet."
