Forskeres mirakelmaterialeopdagelse kunne gøre en ende på knækkede smartenheder

I øjeblikket, de fleste dele af en smartphone er lavet af silicium og andre forbindelser, som er dyre og let går i stykker, men med næsten 1,5 milliarder smartphones købt på verdensplan sidste år, producenter er på udkig efter noget mere holdbart og billigere.

Dr. Elton Santos fra Queen's University's School of Mathematics and Physics, har arbejdet med et team af topforskere fra Stanford University, University of California, California State University og National Institute for Materials Science i Japan, at skabe nye dynamiske hybridenheder, der er i stand til at lede elektricitet med hidtil usete hastigheder og er lette, holdbar og nem at fremstille i storskala halvlederanlæg.

Holdet fandt ud af, at ved at kombinere halvledende molekyler C ₆₀ med lagdelte materialer, såsom grafen og hBN, de kunne producere en unik materialeteknologi, som kunne revolutionere konceptet med smarte enheder.

Den vindende kombination virker, fordi hBN giver stabilitet, elektronisk kompatibilitet og isolationsladning til grafen, mens C ₆₀ kan omdanne sollys til elektricitet. Enhver smart enhed lavet af denne kombination vil drage fordel af blandingen af ​​unikke funktioner, som ikke findes i materialer naturligt. denne proces, som kaldes van der Waals faste stoffer, gør det muligt at bringe sammensætninger sammen og samle dem på en foruddefineret måde.

Dr. Elton Santos forklarer:"Vores resultater viser, at dette nye 'mirakelmateriale' har lignende fysiske egenskaber som silicium, men det har forbedret kemisk stabilitet, lethed og fleksibilitet, som potentielt kan bruges i smarte enheder og vil være meget mindre tilbøjelige til at gå i stykker.

"Materialet kan også betyde, at enheder bruger mindre energi end før på grund af enhedsarkitekturen, så det kunne have forbedret batterilevetid og færre elektriske stød."

Han tilføjede:"Ved at samle videnskabsmænd fra hele kloden med ekspertise inden for kemi, fysik og materialevidenskab vi var i stand til at arbejde sammen og bruge simuleringer til at forudsige, hvordan alle materialerne kunne fungere, når de kombineres - og i sidste ende hvordan disse kunne arbejde for at hjælpe med at løse hverdagens problemer.

"Denne banebrydende forskning er aktuel og et varmt emne, der involverer nøgleaktører på området, som åbner en klar international vej til at sætte Queen's på køreplanen for yderligere udestående undersøgelser."

Projektet startede oprindeligt fra simuleringssiden, hvor Dr. Santos forudsagde, at en sådan samling af hBN, grafen og C60 kunne resultere i et fast stof med bemærkelsesværdige nye fysiske og kemiske egenskaber. Derefter, han talte med sine samarbejdspartnere professor Alex Zettl og Dr. Claudia Ojeda-Aristizabal ved University of California, og California St University i Long Beach (CA) om resultaterne. Der var en stærk synergi mellem teori og eksperimenter gennem hele projektet.

Dr. Santos sagde:"Det er en slags 'drømmeprojekt' for en teoretiker, da nøjagtigheden opnået i eksperimenterne i bemærkelsesværdig grad matchede det, jeg forudsagde, og det er normalt ikke let at finde. Modellen lavede flere antagelser, der har vist sig at være fuldstændige. ret."

Fundene, som er blevet publiceret i et af de mest prestigefyldte tidsskrifter i verden ACS Nano , åbne dørene for yderligere udforskning af nye materialer. Et problem, der stadig mangler at blive løst med holdets nuværende forskning, er, at grafen og den nye materialearkitektur mangler et 'båndgab', som er nøglen til tænd-sluk-funktionerne udført af elektroniske enheder.

Imidlertid, Dr. Santos' team er allerede i gang med at se på en potentiel løsning - transition metal dichalcogenides (TMD'er). Disse er et varmt emne i øjeblikket, da de er meget kemisk stabile, har store kilder til produktion og båndgab, der konkurrerer med Silicon.

Han forklarer:"Ved at bruge disse resultater, vi har nu lavet en skabelon, men i fremtiden håber vi at tilføje en ekstra funktion med TMD'er. Disse er halvledere, som omgår problemet med båndgabet, så vi har nu en rigtig transistor i horisonten."