«Пиксельная» электроника

Незаметные изменения температурного режима могут привести к большим различиям в росте нового поколения гибридных структур, состоящих из слоев атомов — свидетельствуют результаты совместной работы ученых из Университета Райса, Окриджской национальной лаборатории, Университета Вандербильта и Университета штата Пенсильвания. 

Исследователи из Райса провели первую работу, связанную с пошаговым выращиванием самособирающихся гибридных слоев из двух элементов – они могут размещаться либо рядом, имея толщину в один атом, или складываться в «стопку», один поверх другого. Окончательный вид структуры может выбираться изменением температуры роста. 

По мнению специалиста в области материаловедения из Университета Райса Пуликела Аджаяна (Pulickel Ajayan), это открытие может привести к созданию «пиксельной инженерии», в рамках которой реально создать полупроводники толщиной в атом, чей потенциал при создании оптоэлектронных устройств неограничен. 

Группа исследователей под руководством Аджаяна и специалиста в области материаловедения Ву Жу (Wu Zhou) из Окриджа, открыла новые композиты с любопытными свойства, когда они объединили рост двумерных пленок дисульфида молибдена и дисульфида вольфрама с помощью метода химического осаждения из газовой фазы. В ходе процесса в лабораторной печи нагревались газы, атомы которых осаждались вокруг катализатора, образуя кристаллический материал. 

Высокотемпературное выращивания — при температуре около 850˚C — привело к образованию вертикально сложенных двойных слое с атомами вольфрам наверху. При более низкой температуре — около 650˚C — слои кристаллической решетки нарастали рядом друг с другом. Исследования с помощью сканирующего электронного микроскопа и спектроскопическое изучение показали, что слои обоих материалов имеют четко выраженные границы. 

«С появлением двухмерных материалов ученые пытались построить искусственные структуры, используя графен. Но теперь у нас есть новый строительный материал — дихалькогениды, — говорит Аджаян. — Так как графен имеет толщину в один атом и плоскую структуру, а дихалькогениды, как, например, дисульфид молибдена, не имеют плоской поверхности, то существует некоторая несочетаемость при их совместном выращивании. Но два дихалькогенида с различным составом могут отлично дополнять друг друга. В нашем исследовании мы показали, что изменяя условия, мы можем выращивать либо гибрид с вертикальным расположением слоев, либо горизонтальным». 

Однослойные композиты имеют небольшую, но стабильную ширину запрещенной зоны, в то время как композиты, уложенные слоями, демонстрируют измененные электронные свойства — например, улучшенную фотолюминесценцию, которая может быть полезна для областей электроники, работающих с оптическими сигналами. 

Новые материалы могут быть использованы для полевых транзисторов с вертикальной геометрией, а также электронных компонентов, толщиной в несколько атомов.