Med tanke på nästa generations tekniska prylar, ett team av fysiker vid University of Texas i Austin har fått den första inblick i vad som händer inuti en atomiskt tunn halvledarenhet. Genom att göra så, de upptäckte att en viktig funktion för beräkning kan vara möjlig inom ett utrymme så litet att det faktiskt är endimensionellt.
I ett papper publicerat 18 juli i Förfaranden från National Academy of Sciences , forskarna beskriver hur man ser detaljerade inre funktioner för en ny typ av transistor som är tvådimensionell.
Transistorer fungerar som byggstenar för datorchips, sända elektronerna till och från omkopplare som krävs för datorbehandling. Framtida tekniska innovationer kommer att kräva att man hittar ett sätt att passa fler transistorer på datorchips, så experter har börjat utforska nya halvledande material, inklusive ett som kallas molybdendisulfid (MoS2). Till skillnad från dagens kiselbaserade enheter, transistorer tillverkade av det nya materialet möjliggör on-off signalering på ett enda plant plan.
Keji Lai, en biträdande professor i fysik, och ett team fann att med detta nya material, den konduktiva signalen sker mycket annorlunda än med kisel, på ett sätt som kan främja framtida energibesparingar i enheter. Tänk på kiseltransistorer som glödlampor:Hela enheten slås antingen på eller av på en gång. Med 2-D-transistorer, däremot, Lai och teamet fann att elektriska strömmar rör sig på ett mer fasat sätt, börjar först vid kanterna innan de visas i inredningen. Lai säger att detta tyder på att samma ström kan skickas med mindre ström och i ett ännu smalare utrymme, med en endimensionell kant istället för det tvådimensionella planet.
"Inom fysiken, kantstater bär ofta mycket intressant fenomen, och här, de är de första som slår på. I framtiden, om vi kan konstruera detta material mycket noggrant, då kan dessa kanter bära full ström, "Säger Lai." Vi behöver inte riktigt det hela, eftersom interiören är värdelös. Bara att ha kanterna igång för att få en ström att fungera skulle avsevärt minska strömförlusten. "
Forskare har arbetat för att få en bild av vad som händer inuti en 2-D-transistor i åratal för att bättre förstå både potentialen och begränsningarna för de nya materialen. Att göra 2-D-transistorer redo för kommersiella enheter, t.ex. papperstunna datorer och mobiltelefoner, förväntas ta flera år till. Lai säger att forskare behöver mer information om vad som stör prestanda i enheter tillverkade av nya material.
"Dessa transistorer är perfekt tvådimensionella, "Lai säger." Det betyder att de inte har några av de defekter som uppstår i en kiselanordning. Å andra sidan, det betyder inte att det nya materialet är perfekt. "
Lai och hans team använde ett mikroskop som han uppfann och som pekar mikrovågor på 2-D-enheten. Med en spets som bara är 100 nanometer bred, Mikrovågsmikroskopet tillät forskarna att se konduktivitetsförändringar inuti transistorn. Förutom att se strömmarnas rörelse, forskarna hittade trådliknande defekter i mitten av transistorerna. Lai säger att detta tyder på att det nya materialet måste göras renare för att fungera optimalt.
"Om vi kunde göra materialet tillräckligt rent, kanterna kommer att bära ännu mer ström, och interiören kommer inte att ha så många defekter, "Säger Lai.
Tidningens andra författare är postdoktorala forskare Di Wu och Xiao Li; forskare Lan Luan, och doktorander Xiaoyu Wu och Zhaodong Chu, och professor Qian Niu vid UT Austins fysiska institution; och doktorand Wei Li, före detta doktorand Maruthi N. Yogeesh, postdoktor Rudresh Ghosh, och docent Deji Akinwande vid UT Austins avdelning för el- och datateknik.
Tidigare i år, både Lai och Akinwande vann Presidential Early Career Awards för forskare och ingenjörer, den amerikanska regeringens högsta ära för tidiga forskare och ingenjörer.
