Ett internationellt team av forskare har uppfunnit motsvarigheten till kroppsskydd för extremt ömtåliga kvantsystem, vilket kommer att göra dem robusta nog att användas som grund för en ny generation lågenergielektronik.

Forskarna applicerade rustningen genom att försiktigt pressa droppar av flytande metall gallium på materialen, belägg dem med galliumoxid.

Skydd är avgörande för tunna material som grafen, som bara är en enda atom tjock – i huvudsak tvådimensionella (2-D) – och därför lätt skadas av konventionell skiktningsteknik, sa Matthias Wurdack, vem är huvudförfattare till gruppens publikation i Avancerade material .

"Den skyddande beläggningen fungerar i princip som en kroppsrustning för det atomärt tunna materialet, det skyddar mot högenergipartiklar, som skulle orsaka en stor grad av skada på den, samtidigt som de behåller sina optoelektroniska egenskaper och dess funktionalitet, sade herr Wurdack, en Ph.D. student i Nolinear Physics Center (NLPC) vid Research School of Physics, och FLEET ARC Center of Excellence.

Den nya tekniken öppnar vägen för en industri baserad på ultratunn elektronik att expandera, sa ledaren för forskargruppen, Professor Elena Ostrovskaya, även från NLPC och FLEET.

"Tvådimensionella material har extraordinära egenskaper som extremt lågt motstånd eller högeffektiv interaktion med ljus."

"På grund av dessa egenskaper kan de ha en stor roll i kampen mot klimatförändringar."

Åtta procent av den globala elförbrukningen 2020, berodde på informationsteknik, inklusive datorer, smartphones och stora datacenter från teknikjättar som Google och Amazon. Den siffran förväntas fördubblas varje decennium när efterfrågan på AI-tjänster och smarta enheter skjuter i höjden.

Dock, detta arbete lovar lägre energialternativ för elektronik och optoelektronik, genom att utnyttja den överlägsna prestandan hos 2D-halvledande material, såsom volframdisulfid, som användes i denna studie.

Att använda 2D-material för att göra mer effektiva enheter kommer att ha fördelar utöver minskade koldioxidutsläpp, säger herr Wurdack.

"2D-teknik kan också möjliggöra supereffektiva sensorer på rymdfarkoster, eller processorer i Internet of Things-enheter som är mindre begränsade av batteritid."

Teamet skapade sitt skyddande lager genom att utsätta en droppe flytande gallium för luft, som omedelbart bildade ett perfekt jämnt lager av galliumoxid på sin yta bara tre nanometer tjockt.

Genom att pressa droppen ovanpå 2D-materialet med en glasskiva, galliumoxidskiktet kan överföras från det flytande galliumet till materialets hela yta, upp till centimeter i skala.

Eftersom denna ultratunna galliumoxid är ett isolerande amorft glas, den bevarar de optoelektroniska egenskaperna hos den underliggande 2D-halvledaren. Galliumoxidglaset kan också förbättra dessa egenskaper vid kryogena temperaturer och skyddar väl mot andra material som avsätts ovanpå. Detta möjliggör tillverkning av sofistikerade, skiktade elektroniska och optiska enheter i nanoskala, såsom lysdioder, lasrar och transistorer.

"Vi har skapat ett bra alternativ till befintlig teknik som kan skalas för industriapplikationer, " sa Mr Wurdack.

"Vi hoppas hitta branschpartners som kan arbeta med oss ​​för att utveckla en skrivare med skyddande lager baserad på denna teknik, som kan gå in i vilket labb som helst, som en litografimaskin."

"Det skulle vara spännande att se grundläggande forskning som denna hitta sin väg in i industrin!"

"Ultrathin Ga ₂ O ₃ Glas:Ett storskaligt passiverings- och skyddsmaterial för monolager WS ₂ " publicerades i Avancerade material i december 2020.