| 0 |
|
Физики из Университета Техаса в Далласе опубликовали новые данные исследования электрических свойства материалов, которые можно было бы использовать для транзисторов нового поколения и электроники.
Доктор Фань Чжан (Fan Zhang), доцент кафедры физики, и старший студент-физик Армин Хамоши (Armin Khamosh) недавно опубликовали свои исследования дихалькогенидов переходных металлов, или TMD в журнале Nature Communications. Коллектив авторов статьи также включает ученых из Гонконгского университета науки и техники.
В последние годы ученые и инженеры заинтересовались TMD отчасти потому, что они превосходят во многих отношениях графен. С тех пор как он был впервые выделен в 2004 году, графен был исследован на возможность заменить традиционные полупроводники в транзисторах, сокращая их еще больше в размерах. Графен является исключительным проводником, материалом, в котором электроны движутся легко, с высокой подвижностью.
«Считалось, что графен может быть использован в транзисторах. Но в транзисторах вы должны быть в состоянии включать и выключать электрический ток, - сказал д-р Чжан. - С помощью графена, однако, в настоящее время ток не может быть легко выключен».
В поисках альтернативы ученые и инженеры обратились к TMD, которые также могут быть изготовлены в виде тонких двумерных листов, или монослоев, толщиной всего в несколько молекул.
«В TMD есть то, чего нет у графена – энергетическая щель, которая позволяет управлять потоком электронов и включать и выключать ток, - сказал Хамоши. – Эта запретная зона делает TMD идеально подходящими для использования в транзисторах. TMD также очень хорошие поглотители циркулярно поляризованного света, поэтому они могут быть использованы в детекторах. По этим причинам, такие материалы стали очень популярной темой исследования».
Одна из проблем заключается в оптимизации и увеличении подвижности электронов в TMD-материалах, что является ключевым фактором, если они планируются для использования в транзисторах, сказал Хамоши.
В своем последнем проекте д-р Чжан и Хамоши предоставили теоретическую работу группе в Гонконге для руководства по сооружению многослойного устройства TMD и по использованию магнитных полей для изучения подвижности электронов. Каждый монослой TMD имеет толщину три молекулы, и слои зажаты между двумя листами молекул нитрида бора.
«Поведение электронов управляет поведением этих материалов, - сказал д-р Чжан. - Мы хотим использовать высокоподвижные электроны, но это очень сложно. Наши сотрудники в Гонконге добились существенного прогресса в этом направлении, разработав способ значительно увеличить подвижность электронов».
Команда обнаружила, что поведение электронов в TMD зависит от того, было ли использовано четное или нечетное количество слоев TMD.
«Такое зависимое от слоев поведение является очень неожиданным результатом, - сказал д-р Чжан. - Не имеет значения, сколько слоев у вас есть, а только их четность».
Поскольку материалы TMD работают на шкале отдельных атомов и электронов, исследователи использовали квантовую физику в своей теории и наблюдениях.
На шкале размеров бытовых электрических приборов электроны, проходящие по проводам, ведут себя как поток частиц. В квантовом мире, тем не менее, электроны ведут себя как волны, а электрическая поперечная проводимость двумерного материала в присутствии магнитного поля больше не непрерывна - она изменяется скачкообразно, сказал д-р Чжан. Явление называется квантованной холловской проводимостью.
«Тип квантованной холловской проводимости, который мы предсказали и наблюдали в наших устройствах TMD, никогда не был найден ни в каком другом материале, - сказал д-р Чжан. - Эти результаты не только расшифровывают внутренние свойства TMD-материалов, но и демонстрируют, что нам удалось добиться высокой подвижности электронов в устройствах. Это дает нам надежду, что мы можем в один прекрасный день использовать TMD для транзисторов».
Доктор Фань Чжан (справа) и старший студент-физик Армин Хамоши
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
