Et 2-D perspektiv:Stable materialer for at realisere en lavt strømforbrugende fremtid

Forskere har designet en 2-D materialebaseret multi-stablet struktur bestående af wolframdisulfid (WS) ₂ ) lag klemt mellem hexagonale bornitrid (hBN) lag, der viser lang rækkevidde interaktion mellem successive WS ₂ lag med potentiale til at reducere kredsløbsdesignkompleksitet og strømforbrug.

2-D materialer har været populære blandt materialeforskere på grund af deres lukrative elektroniske egenskaber, tillade deres applikationer i solcelleanlæg, halvledere, og vandrensning. I særdeleshed, den relative fysiske og kemiske stabilitet af 2-D materialer tillader dem at blive "stablet" og "integreret" med hinanden. I teorien, denne stabilitet af 2-D materialer muliggør fremstilling af 2-D materialebaserede strukturer som koblede "kvantebrønde" (CQW'er), et system af interagerende potentielle "brønde, " eller regioner med meget lidt energi, som kun tillader specifikke energier for de partikler, der er fanget i dem.

CQW'er kan bruges til at designe resonante tunneldioder, elektroniske enheder, der udviser en negativ spændingsændring med strøm og er afgørende komponenter i integrerede kredsløb. Sådanne chips og kredsløb er integrerede i teknologier, der efterligner neuroner og synapser, der er ansvarlige for hukommelseslagring i den biologiske hjerne.

Beviser, at 2-D-materialer faktisk kan bruges til at skabe CQW'er, et forskerhold ledet af Myoung-Jae Lee Ph.D. fra Daegu Gyeongbuk Institut for Videnskab og Teknologi (DGIST) designet et CQW-system, der stabler et wolframdisulfid (WS) ₂ ) lag mellem to hexagonale bornitrid (hBN) lag. "hBN er en næsten ideel 2-D isolator med høj kemisk stabilitet. Dette gør den til et perfekt valg til integration med WS ₂ , som er kendt for at være en halvleder i 2-D form, " forklarer prof. Lee. Deres resultater er offentliggjort i ACS Nano .

Holdet målte energien af ​​excitoner - bundne systemer bestående af en elektron og et elektronhul (fravær af elektron) - og trioner (elektronbundet exciton) for CQW og sammenlignede dem med det for dobbeltlags WS ₂ strukturer for at identificere effekten af ​​WS ₂ -WS ₂ interaktion. De målte også strømspændingsegenskaberne for en enkelt CQW for at karakterisere dens adfærd.

De observerede et gradvist fald i både exciton- og trionenergien med en stigning i antallet af indsatser, og et brat fald i dobbeltlaget WS ₂ . De tilskrev disse observationer en lang rækkevidde inter-brønd interaktion og stærk WS ₂ -WS ₂ interaktioner i fravær af hBN, henholdsvis. Strømspændingskarakteristikaene bekræftede, at den opfører sig som en resonans-tunneldiode.

Så hvilke konsekvenser har disse resultater for fremtiden for elektronik? Prof. Lee opsummerer, "Vi kan bruge resonante tunneldioder til at lave logiske enheder med flere værdier, som vil reducere kredsløbskompleksiteten og computerens strømforbrug betydeligt. Dette, på tur, kan føre til udviklingen af ​​elektronik med lav effekt."

Disse resultater vil helt sikkert revolutionere elektronikindustrien med halvlederchips og kredsløb med ekstrem lav effekt, men hvad der er mere spændende er, hvor disse chips kan tage os hen, da de kan bruges i applikationer, der efterligner neuroner og synapser, som spiller en rolle i hukommelseslagring i den biologiske hjerne. Dette 2-D perspektiv kan således være den næste store ting inden for kunstig intelligens.