Ingenjörsforskare har utvecklat en 2D-utskriftsprocess med flytande metaller som de säger skulle kunna skapa nya sätt att skapa mer avancerad och energieffektiv datorhårdvara som tillverkas i nanoskala.
Processen sker mitt i en ökande världsomspännande efterfrågan på minnesenheter, som kräver betydande mängder energi att producera och använda.
"Att sänka temperaturen vid vilken zirkonium och hafnium blir flytande är avgörande för att utveckla billigare elektriska apparater eftersom mycket mindre energi krävs", säger Dr. Mohammad Ghasemian, studiens huvudförfattare från School of Chemical and Biomolecular Engineering.
Utvecklad av ingenjörer vid University of Sydney och publicerad i Small , kombinerade forskarna först tenn, zirkonium och hafnium i ett exakt förhållande. Detta gjorde att legeringen kunde smältas under 500 °C, mycket lägre än de individuella smältpunkterna för zirkonium (1 852 °C) och hafnium (2 227 °C).
Den flytande metallegeringen har ett tunt oxidskikt eller "skorpa" samtidigt som den behåller ett vätskecentrum. Den används för att skörda de ultratunna nanoskivorna av tennoxid dopade med hafniumzirkoniumoxid.
"Tenn är rikligt, billigt och kan användas i stor skala för tillverkning av kritiska halvledare, transistorer och minneschips", säger Dr. Ghasemian.
"Även om hafniumzirkoniumoxid är ett välkänt ferroelektriskt material som används i applikationer i nanoskala, som minnesenheter och sensorer, är det både svårt och kostsamt att skaffa nanoark med konventionella tekniker", sa han.
Genom att applicera tenn-zirkonium-hafnium-legeringen kunde teamet skörda det nanotunna tennoxidskiktet dopat med hafniumzirkoniumoxid genom exfoliering – lyfta det från dess vätskeyta – så att det sedan kunde 2D-utskrivas på ett substrat som ferroelektriska nanoark. Dessa ark är designade för att utgöra grunden för nästa generations datorhårdvara, från halvledare till minneschips.
"Tänk på det som en marmor belagd med bläck," sa Dr. Ghasemian. "Legeringen är som ett lösningsmedel som gör att vi kan ta bort det bläcket och sedan använda det för utskrift. Vår process gör det möjligt för oss att skörda detta dyrbara skorpaskikt och förvandla det till ultratunna ark, som sedan används för att tillverka elektronik."
"Det kan vara en ny källa för funktionella 2D-material som inte är tillgängliga med konventionella metoder. Denna process gör det möjligt för oss att introducera ferroelektricitet i mycket mindre 2D-metalloxider, vilket möjliggör utvecklingen av nästa generations nanoelektronik vid låga temperaturer."
Mer information: Mohammad B. Ghasemian et al, Liquid Metal Doping Induced Asymmetry in Two‐Dimensional Metal Oxides, Small (2024). DOI:10.1002/smll.202309924
Journalinformation: Liten
Tillhandahålls av University of Sydney
