Дисульфид молибдена может стать основой идеальных транзисторов

Новые данные об электронных свойствах кристалла дисульфида молибдена одноатомной толщины, опубликованные 27 июня онлайн в журнале Science, свидетельствуют о том, что этот полупроводник может составить конкуренцию кремнию в становящихся все более миниатюрными транзисторах.

Интерес исследователей из института Кавли при Корнельском университете к дисульфиду молибдена, был инспирирован предшествующими опытами с графеном. Будучи отличным проводником, этот двумерный материал, тем не менее, не приспособлен для коммутации — включения и выключения — тока, функции, которая лежит в основе работы транзисторов.

С другой стороны, дисульфид молибдена обладает необходимой для полупроводника запрещенной зоной, а кроме того относительно широкодоступен и легко разрезается на очень тонкие кристаллы. Но у него есть и еще одно потенциально полезное качество: помимо заряда и спина он предоставляет дополнительную степень свободы, называемую valley (долина), которая при облучении решетки MoS₂ дает перпендикулярный беззарядовый ток, абсолютно не рассеивающий энергию.

Если удастся найти способ использовать такой «долинный» ток, а ученые все еще работают над этим вопросом, из дисульфида молибдена можно будет делать почти идеальные транзисторы атомарной толщины, сводящие тепловые потери электронных устройств практически к нулю.

В своей работе авторы показали присутствие «долинного» тока в транзисторе из монослоя дисульфида молибдена, изготовленном ими в Корнельском Центре наноуровневой науки и технологии (CNF). Описываемые в статье эксперименты включали облучение транзистора светом с круговой поляризацией, что заставляло носители заряда перемещаться в боковом направлении. Величина этого тока соответствовала теоретическим прогнозам для «долинного» эффекта Холла (valley Hall effect, VHE), а его полярность определялась направлением вращения плоскости поляризации падающего света. Для двух слоев MoS₂ аномального тока не наблюдалось, что опять-таки находится в согласии с теорией (в бислое кристаллическая инверсионная симметрия восстанавливается).

Эти эксперименты, ставшие первым случаем наблюдения VHE, подкрепляют концепцию использования «долинной» степени свободы в качестве носителя информации для электроники и оптоэлектроники следующих поколений.

Стратегія охолодження ЦОД для епохи AI