Forskere skaber rustning til skrøbelig kvanteteknologi

Et internationalt hold af videnskabsmænd har opfundet hvad der svarer til kropsrustning til ekstremt skrøbelige kvantesystemer, hvilket vil gøre dem robuste nok til at blive brugt som grundlag for en ny generation af lavenergielektronik.

Forskerne anvendte rustningen ved forsigtigt at klemme dråber af flydende metal gallium på materialerne, belægning dem med galliumoxid.

Beskyttelse er afgørende for tynde materialer såsom grafen, som kun er et enkelt atom tykt – i det væsentlige todimensionelle (2-D) – og derfor let beskadiges af konventionel lagdelingsteknologi, sagde Matthias Wurdack, hvem er hovedforfatter af gruppens udgivelse i Avancerede materialer .

"Den beskyttende belægning fungerer grundlæggende som en panser til det atomare tynde materiale, det skærmer mod højenergipartikler, hvilket ville forårsage en stor grad af skade på det, samtidig med at dens optoelektroniske egenskaber og dens funktionalitet bevares fuldt ud, " sagde hr. Wurdack, en ph.d. studerende i det ikke-lineære fysikcenter (NLPC) på Research School of Physics, og FLEET ARC Center of Excellence.

Den nye teknik åbner vejen for, at en industri baseret på ultratynd elektronik kan udvide sig, sagde leder af forskerholdet, Professor Elena Ostrovskaya, også fra NLPC og FLEET.

"Todimensionelle materialer har ekstraordinære egenskaber såsom ekstrem lav modstand eller højeffektive interaktioner med lys."

"På grund af disse egenskaber kan de spille en stor rolle i kampen mod klimaændringer."

Otte procent af det globale elforbrug i 2020, skyldtes informationsteknologi, herunder computere, smartphones og store datacentre hos techgiganter som Google og Amazon. Det tal forventes at fordobles hvert årti, efterhånden som efterspørgslen efter AI-tjenester og smarte enheder skyder i vejret.

Imidlertid, dette arbejde lover lavere energialternativer til elektronik og optoelektronik, ved at udnytte den overlegne ydeevne af 2-D halvledende materialer, såsom wolframdisulfid, som blev brugt i denne undersøgelse.

Brug af 2D-materialer til at lave mere effektive enheder vil have fordele ud over reducerede kulstofemissioner, siger hr. Wurdack.

"2-D-teknologi kan også muliggøre supereffektive sensorer på rumfartøjer, eller processorer i Internet of Things-enheder, der er mindre begrænset af batterilevetid."

Holdet skabte deres beskyttende lag ved at udsætte en dråbe flydende gallium for luften, som straks dannede et helt jævnt lag af galliumoxid på sin overflade, der kun var tre nanometer tykt.

Ved at klemme dråben oven på 2-D-materialet med en glasplade, galliumoxidlaget kan overføres fra det flydende gallium til hele materialets overflade, op til centimeter i skala.

Fordi dette ultratynde galliumoxid er et isolerende amorft glas, det bevarer de optoelektroniske egenskaber af den underliggende 2-D halvleder. Galliumoxidglasset kan også forbedre disse egenskaber ved kryogene temperaturer og beskytter godt mod andre materialer aflejret ovenpå. Dette muliggør fremstilling af sofistikerede, lagdelte elektroniske og optiske enheder i nanoskala, såsom lysemitterende dioder, lasere og transistorer.

"Vi har genereret et godt alternativ til eksisterende teknologi, der kan skaleres til industriapplikationer, " sagde hr. Wurdack.

"Vi håber at finde industripartnere til at arbejde sammen med os om at udvikle en beskyttende lag-printer baseret på denne teknologi, der kan gå ind i ethvert laboratorium, som en litografimaskine."

"Det ville være spændende at se fundamental forskning som denne finde vej til industrien!"

"Ultrathin Ga ₂ O ₃ Glas:Et passiverings- og beskyttelsesmateriale i stor skala til monolag WS ₂ " blev offentliggjort i Avancerede materialer i december 2020.