Den gyldne vej mod nye todimensionale halvledere

To-dimensionelle (2-D) halvledere er lovende til kvanteberegning og fremtidig elektronik. Nu, forskere kan konvertere metallisk guld til halvleder og tilpasse materialet atom-for-atom på bornitrid-nanorør.

Guld er et ledende materiale, der allerede er meget udbredt som sammenkoblinger i elektroniske enheder. Efterhånden som elektronikken er blevet mindre og mere kraftfuld, de involverede halvledende materialer er også skrumpet. Imidlertid, computere er blevet så små som de kan med eksisterende designs - for at bryde barrieren, forskere dykker ned i den fysik, der ligger til grund for kvanteberegning og guldets usædvanlige adfærd i kvantemekanikken.

Forskere kan konvertere guld til halvledende kvanteprikker lavet af et enkelt lag atomer. Deres energigab, eller bandgap, dannes af kvantebegrænsningen - en kvanteeffekt, når materialer opfører sig som atomer, når deres størrelser bliver så små, at de nærmer sig molekylskalaen. Disse 2-D guld kvantepunkter kan bruges til elektronik med en båndgap, der kan afstemmes atom-for-atom.

Det er svært at lave prikkerne med monolag af atomer, og den større udfordring er at tilpasse deres egenskaber. Når det er lagt på boritnitrid -nanorør, forskere fra Michigan Technological University har fundet ud af, at de kan få guldkvanteprikker til at gøre det næsten umulige. Mekanismerne bag at få guldprikker til at klumpe atom for atom er fokus for deres nye papir, for nylig udgivet i ACS Nano .

Åg Khin Yap, professor i fysik ved Michigan Tech, ledet undersøgelsen. Han forklarer, at den adfærd, hans team observerede-manipulation på atomniveau af guldkvanteprikker-kan ses med et scanningstransmissionselektronmikroskop (STEM). STEM's kraftfulde elektronstråle gør det muligt for forskere som Yap at se atombevægelse i realtid, og udsigten afslører, hvordan guldatomer interagerer med overfladen af ​​bornitrid-nanorør. I bund og grund, guldatomerne glider langs overfladen af ​​nanorørene og, de stabiliserer sig i en svæver lige over sekskantet bikage af bornitrid -nanorørene.

Atomski og skiløb er relateret til den såkaldte energiselektive aflejring. I laboratoriet, holdet tager en række boritrid-nanorør og kører en guldbelastet tåge forbi det; guldatomerne i tågen klistrer enten som flerlags nanopartikler eller hopper af nanorøret, men nogle af de mere energiske glider langs nanorørets omkreds og stabiliserer sig, derefter begynde at klumpe sig ind i monolag af guldkvanteprikker. Holdet viser, at guld fortrinsvis aflejres bag andre guldpartikler, der har stabiliseret sig.

"Overfladen af ​​bornitrid -nanorør er atomisk glat, der er ingen defekter på overfladen, det er en pænt arrangeret honningkage, "Yap sagde, tilføjer, at nanorørene er kemisk inerte, og der ikke er nogen fysisk binding mellem nanorørene og guldatomer. "Det er meget ligesom skiløb:Du kan ikke stå på ski på en ujævn og klistret bakke uden sne, ideelle forhold gør det meget bedre. Den glatte overflade af nanorørene er som frisk pulver. "

Søgningen efter nye materialer til fremtidens elektronik og kvanteberegning har ført forskere ned på mange veje. Yap håber, at ved at demonstrere guldets effektivitet, andre forskere vil blive inspireret til at være opmærksomme på andre metalmonolag på molekylær skala.

"Dette er en drøm -nanoteknologi, "Yap sagde." Det er en teknologi i molekylær skala, der kan afstemmes efter atom med en ideel båndafstand i det synlige lysspektre. Der er meget løfte om elektroniske og optiske enheder. "

Teamets næste trin omfatter yderligere karakterisering og inkorporering af enhedsfabrikation for at demonstrere elektronik i metal. Potentielt, monolag af metalatomer kunne udgøre hele fremtidens elektronik, hvilket vil spare en masse fremstillingsenergi og materialer.