2D-material kan hjälpa till att inleda en era av lågeffekts halvledarchips och kretsar. Kredit:Shutterstock
Forskare har designat en 2D-materialbaserad flerstaplad struktur bestående av volframdisulfid (WS) 2 ) lager inklämt mellan hexagonala bornitrid (hBN) lager som visar långdistansinteraktion mellan successiva WS 2 lager med potential för att minska kretsdesignens komplexitet och strömförbrukning.
2D-material har varit populärt bland materialforskare på grund av deras lukrativa elektroniska egenskaper, tillåter deras tillämpningar inom solceller, halvledare, och vattenrening. Särskilt, den relativa fysikaliska och kemiska stabiliteten hos 2D-material gör att de kan "staplas" och "integreras" med varandra. I teorin, denna stabilitet hos 2D-material möjliggör tillverkning av 2D-materialbaserade strukturer som kopplade "kvantbrunnar" (CQWs), ett system av interagerande potentiella "brunnar, " eller regioner som har mycket lite energi, som endast tillåter specifika energier för de partiklar som är fångade i dem.
CQWs kan användas för att designa resonans tunnlingsdioder, elektroniska enheter som uppvisar en negativ förändring av spänningen med ström och är avgörande komponenter i integrerade kretsar. Sådana chips och kretsar är integrerade i teknologier som emulerar neuroner och synapser som ansvarar för minneslagring i den biologiska hjärnan.
Att bevisa att 2D-material verkligen kan användas för att skapa CQW, en forskargrupp ledd av Myoung-Jae Lee Ph.D. från Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) designade ett CQW-system som staplar en volframdisulfid (WS) 2 skikt mellan två hexagonala bornitridskikt (hBN). "hBN är en nästan idealisk 2D-isolator med hög kemisk stabilitet. Detta gör den till ett perfekt val för integration med WS 2 , som är känd för att vara en halvledare i 2D-form, " förklarar prof. Lee. Deras resultat är publicerade i ACS Nano .
Teamet mätte energin hos excitoner – bundna system som består av en elektron och ett elektronhål (frånvaro av elektron) – och trioner (elektronbunden exciton) för CQW och jämförde dem med det för dubbellager WS 2 strukturer för att identifiera effekten av WS 2 -WS 2 samspel. De mätte också ström-spänningsegenskaperna för en enda CQW för att karakterisera dess beteende.
De observerade en gradvis minskning av både exciton- och trionenergin med en ökning av antalet insatser, och en abrupt minskning av dubbelskiktets WS 2 . De tillskrev dessa observationer en lång räckvidd inter-well interaktion och stark WS 2 -WS 2 interaktioner i frånvaro av hBN, respektive. Ström-spänningsegenskaperna bekräftade att den beter sig som en resonans tunneldiod.
Så vilka konsekvenser har dessa resultat för elektronikens framtid? Prof. Lee sammanfattar, "Vi kan använda resonanta tunneldioder för att göra flervärdiga logiska enheter som kommer att minska kretsens komplexitet och beräkningskraftförbrukningen avsevärt. Detta, i tur och ordning, kan leda till utvecklingen av elektronik med låg effekt."
Dessa fynd kommer säkerligen att revolutionera elektronikindustrin med halvledarchips och kretsar med extremt låg effekt, men det som är mer spännande är vart dessa marker kan ta oss, eftersom de kan användas i applikationer som efterliknar neuroner och synapser, som spelar en roll vid minneslagring i den biologiska hjärnan. Detta 2D-perspektiv kan alltså bli nästa stora grej inom artificiell intelligens.
