Ingeniører gør et gyldent gennembrud for at forbedre elektroniske enheder

(Phys.org) —En kemiingeniør fra Kansas State University har opdaget, at et nyt medlem af den ultratynde materialefamilie har et stort potentiale til at forbedre elektroniske og termiske enheder.

Vikas Berry, William H. Honstead professor i kemiteknik, og hans forskerhold har studeret et nyt tre-atom-tykt materiale - molybdændisulfid - og fundet ud af, at manipulation af det med guldatomer forbedrer dets elektriske egenskaber. Deres forskning vises i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Forskningen kan fremme transistorer, fotodetektorer, sensorer og termisk ledende belægninger, sagde Berry. Det kunne også producere ultrahurtigt, ultratynde logik og plasmonik enheder.

Berrys laboratorium har ført undersøgelser af syntese og egenskaber af flere næste generations atomisk tykke nanomaterialer, såsom grafen og bornitridlag, som er blevet anvendt til følsom detektion, høj ensretter elektronik, mekanisk stærke kompositter og nye bionanoteknologiske anvendelser.

"Futuristisk set disse atomisk tykke strukturer har potentialet til at revolutionere elektronik ved at udvikle sig til enheder, der kun vil være nogle få atomer tykke, " sagde Berry.

For den seneste forskning, Berry og hans team fokuserede på transistorer baseret på molybdændisulfid, eller MoS ₂ , som blev isoleret for kun to år siden. Materialet er lavet af tre atomer tykke plader og har for nylig vist sig at have transistor-retificering, der er bedre end grafen, som er et enkelt-atom-tykt ark af kulstofatomer.

Da Berrys hold studerede molybdændisulfids struktur, de indså, at svovlgruppen på dens overflade havde en stærk kemi med ædle metaller, inklusive guld. Ved at etablere en binding mellem molybdændisulfid og guld nanostrukturer, de fandt ud af, at bindingen fungerede som en højt koblet portkondensator.

Berrys team forbedrede adskillige transistoregenskaber af molybdændisulfid ved at manipulere det med guld nanomaterialer.

"Det spontane, meget kapacitiv, gitterdrevet og termisk kontrolleret grænseflade mellem ædelmetaller på metal-dichalcogenid-lag kan anvendes til at regulere deres bærerkoncentration, pseudo-mobilitet, transportbarrierer og fonontransport for fremtidige enheder, " sagde Berry.

Arbejdet kan i høj grad forbedre fremtidens elektronik, som vil være ultratynd, sagde Berry. Forskerne har udviklet en måde at reducere den kraft, der kræves for at betjene disse ultratynde enheder.

"Forskningen vil bane vejen for atomisk sammensmeltning af lagdelte heterostrukturer for at udnytte deres kapacitive interaktioner til næste generations elektronik og fotonik, " sagde Berry. "F.eks. guld nanopartiklerne kan hjælpe med at lancere 2-D plasmoner på ultratynde materialer, muliggør deres interferens for plasmonisk-logiske enheder."

Forskningen understøtter også det nuværende arbejde med molybdændisulfid-grafen-baserede elektrontunneltransistorer ved at give en rute til direkte elektrodefastgørelse på en molybdændisulfid-tunnelport.

"Det intime, meget kapacitiv interaktion af guld på molybdændisulfid kan inducere øget pseudo-mobilitet og fungere som elektroder for heterostrukturenheder, " sagde T.S. Sreeprasad, en postdoc-forsker i Berrys gruppe.

Forskerne planlægger at skabe yderligere komplekse nanoskalaarkitekturer på molybdændisulfid for at bygge logiske enheder og sensorer.

"Inkorporeringen af ​​guld i molybdændisulfid giver mulighed for transistorer, biokemiske sensorer, plasmoniske enheder og katalytisk substrat, " sagde Phong Nguyen, en doktorand i kemiteknik, Wichita, Kan., som er en del af Berrys forskerhold.

Namhoon Kim, kandidatstuderende i kornvidenskab og industri, Korea, arbejdet med forskningen som bachelor i kemiteknik.