Forskere laver atomtykke Post-It-noter til solceller og kredsløb

I løbet af det sidste halve århundrede, videnskabsmænd har barberet siliciumfilm ned til blot et stykke atomer i jagten på mindre, hurtigere elektronik. Til det næste sæt af gennembrud, selvom, de har brug for nye måder at bygge endnu mindre og mere kraftfulde enheder på.

En undersøgelse ledet af UChicago-forskere, udgivet 20. september i Natur , beskriver en innovativ metode til at lave stakke af halvledere på kun få atomer tykke. Teknikken giver forskere og ingeniører en enkel, omkostningseffektiv metode til at lave tynd, ensartede lag af disse materialer, som kunne udvide mulighederne for enheder fra solceller til mobiltelefoner.

At stable tynde lag af materialer giver en række muligheder for at lave elektroniske enheder med unikke egenskaber. Men fremstilling af sådanne film er en sart proces, med lidt plads til fejl.

"Størrelsen af ​​det problem, vi kigger på, er, forestil dig at prøve at lægge et fladt stykke plastfolie på størrelse med Chicago uden at få luftbobler i det, " sagde Jiwoong Park, en UChicago professor ved Institut for Kemi, Institute for Molecular Engineering og James Franck Institute, der ledede undersøgelsen. "Når selve materialet kun er atomtykt, hvert lille herreløse atom er et problem."

I dag, disse lag er "vokset" i stedet for at stable dem oven på hinanden. Men det betyder, at bundlagene skal udsættes for barske vækstbetingelser såsom høje temperaturer, mens de nye tilføjes - en proces, der begrænser de materialer, de kan fremstilles med.

Parks team lavede i stedet filmene individuelt. Så satte de dem i et vakuum, pillede dem af og klistrede dem til hinanden, ligesom post-it sedler. Dette gjorde det muligt for forskerne at lave film, der var forbundet med svage bindinger i stedet for stærkere kovalente bindinger - og forstyrrede mindre med de perfekte overflader mellem lagene.

"Filmene, lodret kontrolleret på atomniveau, er usædvanlig høj kvalitet over hele vafler, "sagde Kibum Kang, en postdoktor, der var den første forfatter til undersøgelsen.

Kan-Heng Lee, en kandidatstuderende og medførsteforfatter til undersøgelsen, testede derefter filmenes elektriske egenskaber ved at gøre dem til enheder og viste, at deres funktioner kan designes på atomær skala, hvilket kunne give dem mulighed for at tjene som den væsentlige ingrediens til fremtidige computerchips.

Metoden åbner op for et utal af muligheder for sådanne film. De kan laves oven på vand eller plastik; de kan fås til at løsne sig ved at dyppe dem i vand; og de kan udskæres eller mønstres med en ionstråle. Forskere udforsker hele spektret af, hvad der kan gøres med metoden, hvilket de sagde er enkelt og omkostningseffektivt.

"Vi forventer, at denne nye metode vil fremskynde opdagelsen af ​​nye materialer, samt muliggør produktion i stor skala, " sagde Park.