Mikroskopi bild av en elektronisk enhet gjord med 1D ZrTe3 nanoribbons. Nanoribbon -kanalen är markerad med grön färg. Metallkontakterna visas i gul färg. Observera än på grund av nanometerskalans tjocklek de gula metallkontakterna verkar vara under den gröna kanalen medan de i verkligheten är på topp Credit:Balandin lab, UC Riverside
Ingenjörer vid University of California, Riverside, har demonstrerat prototypanordningar gjorda av ett exotiskt material som kan leda en strömtäthet 50 gånger större än konventionell kopparanslutningsteknik.
Strömtäthet är mängden elektrisk ström per tvärsnittsarea vid en given punkt. När transistorer i integrerade kretsar blir mindre och mindre, de behöver högre och högre strömtätheter för att prestera på önskad nivå. De flesta konventionella elektriska ledare, som koppar, tenderar att gå sönder på grund av överhettning eller andra faktorer vid höga strömtätheter, utgör ett hinder för att skapa alltmer små komponenter.
Elektronikindustrin behöver alternativ till kisel och koppar som kan hålla extremt höga strömtätheter i storlekar på bara några nanometer.
Tillkomsten av grafen resulterade i en massiv, världsomspännande insats för att undersöka andra tvådimensionella, eller 2-D, skiktade material som skulle tillgodose behovet av nanoskala elektroniska komponenter som kan upprätthålla en hög strömtäthet. Medan 2-D-material består av ett enda lager av atomer, 1D -material består av enskilda kedjor av atomer som är svagt bundna till varandra, men deras potential för elektronik har inte studerats lika brett.
Man kan tänka på 2-D-material som tunna brödskivor medan 1D-material är som spaghetti. Jämfört med 1D -material, 2-D-material verkar enorma.
En grupp forskare under ledning av Alexander A. Balandin, en framstående professor i el- och datorteknik vid Marlan och Rosemary Bourns College of Engineering vid UC Riverside, upptäckte att zirkoniumtritellurid, eller ZrTe 3 , nanoribon har en exceptionellt hög strömtäthet som långt överstiger den för alla konventionella metaller som koppar.
Den nya strategin för UC Riverside-teamet driver forskning från tvådimensionella till endimensionella material-ett viktigt framsteg för den framtida generationen av elektronik.
"Konventionella metaller är polykristallina. De har korngränser och ytråhet, som sprider elektroner, "Sade Balandin." Kvasi-endimensionella material som ZrTe 3 består av enkristalliga atomkedjor i en riktning. De har inte korngränser och har ofta atomiskt släta ytor efter peeling. Vi tillskrev den exceptionellt höga strömtätheten i ZrTe 3 till kvassi-1D-materialens enkristallskaraktär. "
I princip, sådana kvasi-1D-material kan odlas direkt till nanotrådar med ett tvärsnitt som motsvarar en individuell atomtråd, eller kedja. I den aktuella studien nivån på strömmen som ZrTe upprätthåller 3 kvanttrådar var högre än vad som rapporterats för alla metaller eller andra 1D -material. Den når nästan strömtätheten i kolnanorör och grafen.
Elektroniska enheter är beroende av speciella kablar för att överföra information mellan olika delar av en krets eller ett system. När utvecklare miniatyriserar enheter, deras inre delar måste också bli mindre, och de sammankopplingar som bär information mellan delar måste bli minsta av alla. Beroende på hur de är konfigurerade, ZrTe 3 nanoribbons kan göras till antingen nanometer-skala lokala sammankopplingar eller enhetskanaler för komponenter i de minsta enheterna.
UC Riverside-gruppens experiment utfördes med nanoribon som hade skivats från ett färdigt materialark. Industriella applikationer måste odla nanoribbon direkt på skivan. Denna tillverkningsprocess är redan under utveckling, och Balandin tror att 1D -nanomaterial har möjligheter för applikationer inom framtida elektronik.
"Det mest spännande med de kvasi-1D-materialen är att de verkligen kan syntetiseras i kanalerna eller sammankopplas med det ytterst små tvärsnittet av en atomtråd-ungefär en nanometer för en nanometer, "Sa Balandin.
Resultaten av denna undersökning visas den här månaden IEEE elektronenhetsbokstäver .
