В статье, опубликованной 18 июля в Proceedings of the National Academy of Sciences, исследователи описывают детальную внутреннюю работу нового типа транзистора, который является двумерным.
Транзисторы действуют как строительные блоки для компьютерных микросхем, посылая электроны на переключатели, необходимые для компьютерной обработки.
Будущие технологические инновации потребуют поиска способа разместить больше транзисторов на компьютерных микросхемах, поэтому эксперты начали изучать новые полупроводниковые материалы, в том числе один под названием дисульфид молибдена (MoS2). В отличие от сегодняшних устройств на основе кремния, транзисторы, изготовленные из нового материала, позволяют передавать сигналы включения-выключения на одной плоской плоскости.
Кеджи Лай, доцент кафедры физики, и его команда обнаружили, что с этим новым материалом передача сигналов по проводимости происходит иначе, чем с кремнием, что может способствовать будущей экономии энергии в устройствах.
Подумайте о кремниевых транзисторах как о лампочках: все устройство либо включается, либо выключается сразу. В отличие от этого, с двумерными транзисторами Лай и его команда обнаружили, что электрические токи движутся более поэтапно, начиная сначала с краев, а затем появляясь внутри. Лай говорит, что это говорит о том, что тот же ток может быть отправлен с меньшей мощностью и в еще более узком пространстве, используя одномерное ребро вместо двухмерной плоскости.
"В физике краевые состояния часто несут в себе много интересных явлений, и здесь они включаются первыми.
В будущем, если мы сможем разработать этот материал очень тщательно, эти края смогут нести полный ток », – говорит Лай. «Нам действительно не нужно все, потому что интерьер бесполезен. Простое движение кромок для обеспечения работы тока существенно снизит потери мощности."
Исследователи годами работали над тем, чтобы получить представление о том, что происходит внутри двумерного транзистора, чтобы лучше понять как потенциал, так и ограничения новых материалов. Ожидается, что подготовка двумерных транзисторов для коммерческих устройств, таких как компьютеры и мобильные телефоны, займет еще несколько лет.
Лай говорит, что ученым нужно больше информации о том, что мешает работе устройств, сделанных из новых материалов.
«Эти транзисторы идеально двумерны», – говорит Лай. "Это означает, что у них нет некоторых дефектов, которые возникают в кремниевом устройстве. С другой стороны, это не значит, что новый материал идеален."
Лай и его команда использовали изобретенный им микроскоп, который направляет микроволны на двумерное устройство.
Используя наконечник шириной всего 100 нанометров, микроволновый микроскоп позволил ученым увидеть изменения проводимости внутри транзистора. Помимо наблюдения за движением токов, ученые обнаружили нитевидные дефекты в середине транзисторов. Лай говорит, что это говорит о том, что новый материал необходимо будет сделать более чистым, чтобы он функционировал оптимально.
«Если мы сможем сделать материал достаточно чистым, по краям будет проходить еще больше тока, а внутри не будет столько дефектов», – говорит Лай.
Другие авторы статьи – докторанты Ди Ву и Сяо Ли; ученый-исследователь Лань Луань, аспиранты Сяоюй Ву и Чжаодун Чу, а также профессор Цянь Ню из физического факультета в Остине; и аспирант Вэй Ли, бывший аспирант Марути Н. Йогиш, постдокторант Рудреш Гош и доцент Деджи Акинванде из отдела электротехники и вычислительной техники в Остине.
Ранее в этом году Лай и Акинванде выиграли президентскую премию за раннюю карьеру для ученых и инженеров.S. высшая награда правительства для начинающих ученых и инженеров.