Under det senaste halvseklet, forskare har rakat kiselfilmer till bara en bit atomer i jakten på mindre, snabbare elektronik. För nästa uppsättning genombrott, fastän, de kommer att behöva nya sätt att bygga ännu mindre och kraftfullare enheter.

En studie ledd av UChicago-forskare, publicerad 20 september in Natur , beskriver en innovativ metod för att göra högar av halvledare bara några få atomer tjocka. Tekniken erbjuder forskare och ingenjörer en enkel, kostnadseffektiv metod för att göra tunn, enhetliga lager av dessa material, vilket skulle kunna utöka kapaciteten för enheter från solceller till mobiltelefoner.

Att stapla tunna lager av material erbjuder en rad möjligheter att tillverka elektroniska enheter med unika egenskaper. Men att tillverka sådana filmer är en delikat process, med lite utrymme för misstag.

"Omfattningen av problemet vi tittar på är, tänk dig att försöka lägga ner ett platt ark plastfolie lika stor som Chicago utan att få några luftbubblor i det, " sa Jiwoong Park, en UChicago-professor vid Institutionen för kemi, Institutet för molekylär teknik och James Franck Institute, som ledde studien. "När själva materialet bara är atomtjockt, varje liten herrelös atom är ett problem."

I dag, dessa lager "odlas" istället för att stapla dem ovanpå varandra. Men det betyder att bottenskikten måste utsättas för tuffa tillväxtförhållanden som höga temperaturer medan de nya läggs till – en process som begränsar de material som de ska tillverkas med.

Parks team gjorde istället filmerna individuellt. Sedan satte de dem i ett vakuum, skalade av dem och klistrade dem vid varandra, som post-it-lappar. Detta gjorde det möjligt för forskarna att göra filmer som var förknippade med svaga bindningar istället för starkare kovalenta bindningar - vilket inte störde de perfekta ytorna mellan lagren.

"Filmerna, vertikalt kontrollerad på atomnivå, är exceptionellt hög kvalitet över hela wafers, sa Kibum Kang, en postdoktor som var den första författaren till studien.

Kan-Heng Lee, en doktorand och medförfattare till studien, testade sedan filmernas elektriska egenskaper genom att göra dem till enheter och visade att deras funktioner kan utformas på atomär skala, vilket skulle kunna göra det möjligt för dem att fungera som den väsentliga ingrediensen för framtida datorchips.

Metoden öppnar upp för en myriad av möjligheter för sådana filmer. De kan göras ovanpå vatten eller plast; de kan fås att lossna genom att doppa dem i vatten; och de kan snidas eller mönstras med en jonstråle. Forskare undersöker hela skalan av vad som kan göras med metoden, vilket de sa är enkelt och kostnadseffektivt.

"Vi förväntar oss att denna nya metod ska påskynda upptäckten av nya material, samt möjliggöra storskalig tillverkning, " sa Park.