Ny forskning från University of Nebraska-Lincoln kan hjälpa framtida ingenjörer för digitala komponenter att få två (eller fler) för en plats.

Ett team av fysiker har visat en reversibel metod för att ändra de elektroniska egenskaperna hos ett nanoskopiskt material, pekar vägen mot att slå samman flera kännetecken för modern elektronik till en enda komponent.

Tillvägagångssättet kan i slutändan tillåta ett 2-D-material att övergå från digital behandling till datalagring till ljusutlösta applikationer. Den mångsidigheten, i tur och ordning, kan ge ingenjörer ytterligare alternativ för att minska elektroniken genom att klämma in mer funktionalitet i en enhet.

Xia Hong och hennes kollegor började med en atomtunn skiva molybdendisulfid, eller MoS2, en kemisk förening vars halvledande egenskaper liknar de av branschens favoritkisel. De överlagrade sedan MoS2 med en polymer med ferroelektricitet - möjligheten att vända inriktningen av dess separerade positiva och negativa laddningar, eller polarisering, genom att applicera ett elektriskt fält på det.

Forskarna upptäckte att de radikalt kunde omkonfigurera MoS2:s elektroniska beteende genom att selektivt applicera spänning över polymeren för att diktera riktningen för dess polarisering.

När Hongs team justerade polymerens positiva eller negativa laddningar antingen mot eller bort från lagret av MoS2, den senare elektriska strömmen flödade fritt i båda riktningarna och motsvarade mängden spänning som applicerades. I det tillståndet, MoS2 spelade rollen som transistor, en signaturkomponent i digital bearbetning som frigör och undertrycker elektrisk ström för att tala det binära språket 1s och 0s.

Men när laget polariserade polymeren på ett annat sätt - skapade två domäner med vertikalt orienterade men motsatta riktade polarisationer - antog den underliggande MoS2 en ny identitet. Istället för att fungera som en transistor, MoS2 blev en diod, låta strömmen flöda i en riktning men motstå dess rörelse i den andra när den utsätts för olika polariteter men samma mängd spänning.

Bland deras många syften, Dioder omvandlar växelströmens tvåvägsflöde-som används för att driva bostäder och andra strukturer-till envägsöverföring av likström som driver nästan vilken teknik som helst som innehåller ett batteri. De finns också i hjärtat av många ljusdrivna och ljusproducerande enheter, från solceller till LED -displayer.

MoS2 behöll sina transistor- och diodtillstånd även när spänningen togs bort, Sa Hong. Den kvaliteten, kombinerat med teknikens lågspänningskrav och nanoskopisk skala, fick henne att beskriva det som "mycket lovande" för lågeffekts tekniska applikationer. De mekaniska egenskaperna hos den atom-tunna supraledaren och ferroelektriska polymeren, Hon sa, kan vara särskilt lämpad för den typ av flexibel elektronik som finns inom bärbar teknik.

"Detta är inte bara en prestandaförbättring, "sa Hong, docent i fysik och astronomi. "Det handlar verkligen om att skapa en ny typ av multifunktionell enhet."

Hong sa att tillvägagångssättets reversibilitet kan göra det att föredra framför den decennier gamla halvledarbehandlingsprocessen som kallas dopning, en kemiskt baserad teknik som effektivt låser en halvledardesign till en eller annan funktion.

"Det fina med detta tillvägagångssätt är att vi inte förändrar något kemiskt, "Sa Hong." Det vi gör här är att omprogrammera funktionen elektriskt. "

Efter att ha demonstrerat den nya tekniken med en ferroelektrisk polymer, Hong och hennes kollegor utforskar nu användningen av föreningar som kallas oxider, som bättre tål värmen som produceras av mycket elektronik.

Hongs team redogjorde för sin nya teknik i tidningen Fysiska granskningsbrev .