Opbygning af nanomaterialer til næste generation af computere

Nanoforskere ved Northwestern University har udviklet en plan til at fremstille nye heterostrukturer fra forskellige typer 2-D materialer. 2-D materialer er enkeltatomlag, der kan stables sammen som "nano-sammenlåsende byggeklodser." Materialeforskere og fysikere er begejstrede for egenskaberne af 2-D materialer og deres potentielle anvendelser. Forskerne beskriver deres plan i Journal of Applied Physics .

"Vi har skitseret en nem, deterministisk og let implementerbar måde at stable og sy disse individuelle lag i rækkefølger, der ikke ses i naturen, " sagde Jeffrey Cain, en forfatter på papiret, som tidligere var ved Northwestern University, men nu er ved Lawrence Berkeley National Laboratory og University of California.

Kain forklarede, at for nanovidenskabsmænd, "drømmen" er at kombinere 2-D materialer i en hvilken som helst rækkefølge og samle et bibliotek af disse heterostrukturer med deres dokumenterede egenskaber. Forskere kan derefter vælge passende heterostrukturer fra biblioteket til deres ønskede anvendelser. For eksempel, computerindustrien forsøger at gøre transistorer mindre og hurtigere for at øge computerkraften. En halvleder i nanoskala med gunstige elektroniske egenskaber kunne bruges til at lave transistorer i næste generations computere.

Indtil nu, nanovidenskabsmænd har manglet klare metoder til at fremstille heterostrukturer, og har endnu ikke været i stand til at udvikle dette bibliotek. I dette arbejde, forskerne søgte at løse disse fabrikationsproblemer. Efter at have identificeret tendenser i litteraturen, de testede forskellige betingelser for at kortlægge de forskellige parametre, der kræves for at dyrke specifikke heterostrukturer fra fire typer 2-D materialer:molybdændisulfid og diselenid, og wolframdisulfid og diselenid. For fuldt ud at karakterisere de atomare tynde slutprodukter, forskerne brugte mikroskopi og spektrometriteknikker.

Gruppen var inspireret af videnskaben om tids-temperatur-transformationsdiagrammer i klassiske materialer, som kortlægger opvarmnings- og køleprofiler for at generere præcise metalliske mikrostrukturer. Baseret på denne metode, forskerne pakkede deres resultater ind i én diagrammatisk teknik - Time-Temperature-Architecture Diagram.

"Folk havde tidligere skrevet artikler om specifikke morfologier, men vi har forenet det hele og muliggjort genereringen af ​​disse morfologier med én teknik, " sagde Kain.

De forenede tids-temperatur-arkitektur-diagrammer giver anvisninger for de nøjagtige betingelser, der kræves for at generere adskillige heterostruktur-morfologier og sammensætninger. Ved hjælp af disse diagrammer, forskerne udviklede et unikt bibliotek af nanostrukturer med fysiske egenskaber af interesse for fysikere og materialeforskere. Forskerne ved Northwestern University undersøger nu den adfærd, der vises af nogle materialer i deres bibliotek, ligesom elektronstrømmen hen over de sammensyede forbindelser mellem materialer.

Forskerne håber, at deres blueprint-design vil være nyttigt til heterostrukturfremstilling ud over de første fire materialer. "Vores specifikke diagrammer ville have behov for revisioner i forbindelse med hvert nyt materiale, men vi tror, ​​at denne idé er anvendelig og kan udvides til andre materialesystemer, " sagde Kain.