Исследователи открывают новый материал для мощной электроники

Электроника управляет нашим миром, но электроны управляют нашей электроникой. Открытие может изменить, как создаются электронные устройства.

Исследовательская группа в Университете штата Огайо нашла способ упростить, как электронные устройства используют электроны, с помощью материала, который может выполнять двойную роль в электронике, где исторически требовалось несколько материалов.

«По сути, мы нашли двуликий материал, - сказал Джозеф Хереманс (Joseph Heremans), соавтор исследования, проф. механического и аэрокосмического машиностроения и Eminent Scholar (ученое звание) по нанотехнологиям в штате Огайо. - Это концепция, которой раньше не было».

Их результаты могут означать реконструирование методов, которыми инженеры будут создавать различные виды электронных устройств. Это включает в себя все: от солнечных батарей до светодиодов в вашем телевизоре, до транзисторов в вашем ноутбуке и до датчиков света в камере вашего смартфона.

Каждый электрон имеет отрицательный заряд и может излучать или поглощать энергию в зависимости от того, как им манипулируют. Дырки - по сути, электронные вакансии - имеют положительный заряд. Электронные устройства работают, перемещая электроны и дырки - по существу проводя электричество.

Но исторически каждая часть электронного устройства могла действовать только как источник электронов или как источник дырок, но не как оба вместе. Это означало, что для работы электроники требовалось несколько слоев - и несколько материалов.

Но исследователи из штата Огайо нашли материал - NaSn2As2, кристалл, который может иметь как электронную, так и дырочную проводимость, потенциально устраняя необходимость в нескольких слоях.

«Догма в науке говорит о том, что у вас есть электроны или дырки, но у вас нет и того, и другого вместе. Но наши результаты переворачивают это с головы на ноги, - сказал Вольфганг Уиндл (Wolfgang Windl), профессор материаловедения и инженерии в штате Огайо и соавтор исследования. - И дело не в том, что электрон становится дыркой, потому что это одна и та же совокупность частиц. Здесь, если вы посмотрите на материал одним способом, он будет выглядеть как контейнер электронов, но если вы посмотрите другим - он будет похож на контейнер дырок».

Это открытие может упростить нашу электронику, возможно, создав более эффективные системы, которые работают быстрее и ломаются реже.

«Теперь у нас есть это новое семейство слоистых кристаллов, в которых носители ведут себя как электроны при перемещении внутри каждого слоя, и как дырки при перемещении через слои ... Вы можете представить, какие уникальные электронные устройства могут быть созданы», - сказал Джошуа Голдбергер (Joshua Goldberger), адъюнкт-профессор химии и биохимии в штате Огайо.

Исследователи назвали это явление двойной способности "гониополярностью". Они полагают, что материал функционирует таким образом из-за его уникальной электронной структуры, и говорят, что, вероятно, и другие слоистые материалы могли бы проявить это свойство.

«Мы просто еще не нашли их, - сказал проф. Хереманс. - Но теперь мы знаем, что искать».

Исследователи сделали открытие почти случайно. Аспирант в лаборатории Хереманса, Бин Хе (Bin He), измерял свойства кристалла, когда заметил, что материал ведет себя иногда как контейнер электронов, а иногда как контейнер дырок - что, как в тот момент думала наука, было невозможно. Он подумал, что допустил ошибку, снова и снова запускал эксперимент и получал тот же результат.

«Именно на это он обратил внимание, и он ничего не предполагал», - сказал Хереманс.

Электронная монтажная плата