Efter ett decennium av intensiv forskning om grafen och tvådimensionella material visar ett nytt halvledarmaterial potential för framtiden för supersnabb elektronik.

Den nya halvledaren som heter Indium Selenide (InSe) är bara några få atomer tjock, liknande grafen. Forskningen rapporterades i Naturens nanoteknik denna vecka av forskare från University of Manchester och deras kollegor vid University of Nottingham.

Grafen är bara en atom tjock och har oöverträffade elektroniska egenskaper, vilket har lett till allmänt publicerade förslag om dess användning i framtida elektroniska kretsar.

För alla dess superlativa egenskaper har grafen inget energigap. Den beter sig mer som en metall än en vanlig halvledare, frustrerar dess potential för applikationer av transistortyp.

Den nya forskningen visar att InSe-kristaller kan göras endast några få atomer tjocka, nästan lika tunn som grafen. InSe visade sig ha högre elektronisk kvalitet än kisel som används överallt i modern elektronik.

Viktigt, till skillnad från grafen men liknar kisel, ultratunn InSe har ett stort energigap som gör att transistorer enkelt kan slås på och av, möjliggör supersnabb nästa generations elektroniska enheter.

Att kombinera grafen med andra nya material, som individuellt har utmärkta egenskaper som kompletterar grafens extraordinära egenskaper, har resulterat i spännande vetenskapliga utvecklingar och skulle kunna producera applikationer ännu bortom vår fantasi.

Sir Andre Geim, en av författarna till denna studie och en mottagare av Nobelpriset i fysik för forskning om grafen, anser att de nya rönen kan ha en betydande inverkan på utvecklingen av framtida elektronik.

"Ultratunn InSe verkar erbjuda den gyllene mitten mellan kisel och grafen. Liknar grafen, InSe erbjuder en naturligt tunn kropp, möjliggör skalning till de sanna nanometermåtten. Liknar kisel, InSe är en mycket bra halvledare."

Manchesterforskarna var tvungna att övervinna ett stort problem för att skapa högkvalitativa InSe-enheter. Att vara så smal, InSe skadas snabbt av syre och fukt som finns i atmosfären. För att undvika sådana skador, enheterna förbereddes i en argonatmosfär med hjälp av ny teknik utvecklad vid National Graphene Institute.

Detta möjliggjorde högkvalitativa atomärt tunna filmer av InSe för första gången. Elektronrörligheten vid rumstemperatur mättes till 2, 000 cm ² /Mot, betydligt högre än kisel. Detta värde ökar flera gånger vid lägre temperaturer.

Pågående experiment producerade materialet flera mikrometer i storlek, jämförbar med tvärsnittet av ett människohår. Forskarna tror att genom att följa de metoder som nu används allmänt för att producera grafenark med stor yta, InSe skulle också snart kunna produceras på kommersiell nivå.

Medförfattare till uppsatsen Professor Vladimir Falko, Direktör för National Graphene Institute sa:"Tekniken som NGI har utvecklat för att separera atomlager av material till högkvalitativa tvådimensionella kristaller erbjuder stora möjligheter att skapa nya materialsystem för optoelektroniktillämpningar. Vi letar ständigt efter nya skiktade material att försöka."

Ultratunna InSe är en av en växande familj av tvådimensionella kristaller som har en mängd användbara egenskaper beroende på deras struktur, tjocklek och kemisk sammansättning.

För närvarande, forskning inom grafen och relaterade tvådimensionella material är det snabbast växande fältet inom materialvetenskap som slår en bro mellan vetenskap och ingenjörsvetenskap.