Uutta tekniikkaa 2D-materiaalin venytyksellä

Taiteilijan näkemys 2D-materiaalista muodonmuutoksessa.

Kaksiulotteiset (2D) -materiaalit ovat kiinnostaneet tiedemiehiä ainutlaatuisten elektronisten ominaisuuksien takia.

Jotkut näistä materiaaleista voivat olla erityisen herkkiä materiaaliominaisuuksien muutoksille, kun niitä venytetään ja vanutetaan. Sovelletun rasituksen mukaan niiden on ennustettu läpikäyvän jyrkkiä faasisiirtymiä.

Rochesterin yliopiston tutkijat ovat nyt yhdistäneet 2D-aineita oksidimateriaaleihin uudella tavalla ja tutkien näiden muunneltavien 2D-materiaalien kykyjä muuntaa elektroniikkaa, optiikkaa, tietojenkäsittelyä ja monia muita tekniikoita.

”Olemme avaamassa uutta tutkimussuuntaa”, toteaa professori Stephen Wu. "On olemassa suuri määrä 2D-materiaaleja, joilla on erilaiset ominaisuudet - ja jos vielä venytät niitä, ne tekevät monenlaisia asioita."

Wu:n laboratoriossa kehitetty, perinteisten transistoreiden tapaan suunniteltu alusta sallii pienen 2D-materiaalihiutaleen kerrostamisen ferrosähköiseen materiaaliin.

Ferrosähköiseen kohdistuva jännite – tavallaan kuin transistorin porttiohjaus rasittaa 2D-materiaalia pietsosähköisellä vaikutuksella, jolloin se venyy. Tämä puolestaan laukaisee faasimuutoksen, joka voi muuttaa täysin materiaalin käyttäytymistä. Kun jännite kytketään pois päältä, materiaali säilyttää faasinsa, kunnes vastakkainen jännite palauttaa alkuperäiseen faasin.

”Kaksiulotteisen straintronics -tekniikan lopullisena tavoitteena kaikenlaiset sellaiset aiheet, joita ei ole voitu aiemmin hallita, kuten näiden materiaalien topologiset, suprajohtavat, magneettiset ja optiset ominaisuudet ja pystyä hallitsemaan niitä vain venyttämällä materiaalia sirulla”, Wu hehkuttaa.

"Jos teet tämän topologisilla materiaaleilla, voit vaikuttaa kvanttitietokoneisiin tai jos teet sen suprajohtavilla materiaaleilla, voit vaikuttaa suprajohtavaan elektroniikkaan."

Wu ja hänen opiskelijat käyttivät molybdeeni ditelluuria (MoTe2). Venytettynä ja ei-venytettynä se muuttuu matalan johtavuuden puolijohdemateriaalista erittäin johtavaksi puolimetalliseksi materiaaliksi ja takaisin.

”Se toimii aivan kuten kenttävaikutustransistori. Kun asettaa jännitteen porttielektrodille MoTe2 venyy hieman yhteen suuntaan ja siitä tulee johtava. Sitten venytät sen takaisin toiseen suuntaan ja yhtäkkiä sillä on alhainen johtavuus, Wu selventää.

Prosessi toimii huoneenlämpötilassa ja vaatii vain pienen määrän rasitusta. Tutkijat venyttävät MoTe2:ta vain 0,4 prosentilla nähdäkseen nämä muutokset.

Wu:n alustalla on potentiaalia suorittaa samat toiminnot kuin transistori paljon pienemmällä virrankulutuksella, koska tehoa ei tarvita johtavuuden säilyttämiseksi. Lisäksi se minimoi sähkövirran vuotamisen kytkentäjyrkkyytensä ansiosta.

”Tämä on ensimmäinen esittely”, Wu lisää. "Nyt on tutkijoiden tehtävä selvittää, kuinka pitkälle aihe kantaa."

Aiheesta aiemmin:

Pietsosähköisyyttä 2D-puolijohteessa

Pietsotransistori kuluttaa vähemmän