Endimensionelt materiale er et kraftfuldt slag til næste generations elektronik

Ingeniører ved University of California, Riverside, har demonstreret prototypeanordninger fremstillet af et eksotisk materiale, der kan lede en strømtæthed 50 gange større end konventionel kobberforbindelsesteknologi.

Strømdensitet er mængden af ​​elektrisk strøm pr. Tværsnitsareal på et givet punkt. Efterhånden som transistorer i integrerede kredsløb bliver mindre og mindre, de har brug for højere og højere strømtætheder for at udføre på det ønskede niveau. De fleste konventionelle elektriske ledere, såsom kobber, har en tendens til at gå i stykker på grund af overophedning eller andre faktorer ved høje strømtætheder, udgør en barriere for at skabe stadig mindre komponenter.

Elektronikindustrien har brug for alternativer til silicium og kobber, der kan opretholde ekstremt høje strømtætheder ved størrelser på blot et par nanometer.

Fremkomsten af ​​grafen resulterede i en massiv, verdensomspændende indsats rettet mod undersøgelse af andre todimensionale, eller 2-D, lagdelte materialer, der ville opfylde behovet for nanoskala elektroniske komponenter, der kan opretholde en høj strømtæthed. Mens 2-D materialer består af et enkelt lag atomer, 1D -materialer består af individuelle kæder af atomer, der er svagt bundet til hinanden, men deres potentiale for elektronik er ikke blevet undersøgt så vidt.

Man kan tænke på 2-D-materialer som tynde skiver brød, mens 1D-materialer er som spaghetti. Sammenlignet med 1D -materialer, 2-D materialer virker enorme.

En gruppe forskere ledet af Alexander A. Balandin, en fornem professor i elektroteknik og computerteknik i Marlan og Rosemary Bourns College of Engineering ved UC Riverside, opdagede, at zirconiumtritellurid, eller ZrTe ₃ , nanoribbons har en usædvanlig høj strømtæthed, der langt overstiger den for alle konventionelle metaller som kobber.

Den nye strategi, som UC Riverside-teamet har taget, skubber forskningen fra todimensionale til endimensionale materialer-et vigtigt fremskridt for den fremtidige generation af elektronik.

"Konventionelle metaller er polykrystallinske. De har korngrænser og overfladeruhed, som spreder elektroner, "Sagde Balandin." Kvasi-endimensionelle materialer som ZrTe ₃ består af enkeltkrystal atomkæder i en retning. De har ikke korngrænser og har ofte atomglatte overflader efter eksfoliering. Vi tilskriver den usædvanligt høje strømtæthed i ZrTe ₃ til quasi-1D-materialers enkeltkrystal-natur. "

I princippet, sådanne kvasi-1D materialer kunne dyrkes direkte til nanotråde med et tværsnit, der svarer til en individuel atomtråd, eller kæde. I den foreliggende undersøgelse niveauet af strømmen, der opretholdes af ZrTe ₃ kvantetråde var højere end rapporteret for metaller eller andre 1D -materialer. Det når næsten den aktuelle tæthed i kulnanorør og grafen.

Elektroniske enheder er afhængige af særlige ledninger til at transportere oplysninger mellem forskellige dele af et kredsløb eller system. Som udviklere miniaturiserer enheder, deres indre dele skal også blive mindre, og sammenkoblinger, der bærer information mellem dele, skal blive de mindste af alle. Afhængigt af hvordan de er konfigureret, den ZrTe ₃ nanoribbons kunne laves til enten lokale nanometerforbindelser eller enhedskanaler til komponenter i de mindste enheder.

UC Riverside-gruppens eksperimenter blev udført med nanoribbons, der var blevet skåret ud af et færdiglavet arkmateriale. Industrielle applikationer skal dyrke nanoribbon direkte på skiven. Denne fremstillingsproces er allerede under udvikling, og Balandin mener, at 1D -nanomaterialer rummer muligheder for anvendelser inden for fremtidig elektronik.

"Det mest spændende ved kvasi-1D-materialer er, at de virkelig kan syntetiseres i kanalerne eller sammenkobles med det i sidste ende lille tværsnit af en atomtråd-cirka et nanometer ved et nanometer, "Sagde Balandin.

Resultaterne af denne undersøgelse vises denne måned i IEEE Electron Device Letters .