| Postat: 11 octombrie 2017 |
Injectarea electronilor distruge structura 2D în noul model atomic
( Nanowerk News ) Aceeași încărcătură electrostatică care poate face ca părul să stea pe capăt și să atragă baloane la îmbrăcăminte ar putea fi o modalitate eficientă de a conduce vehicule subțiri subțiri cu memorie electronică ale viitorului, potrivit unui nou studiu condus de cercetători de la Departamentul Energiei Lawrence Laboratorul Național Berkeley (Laboratorul Berkeley). |
| Intr-un studiu publicat astazi in revista Nature ( „Transformarea fazei structurale in monostratul MoTe 2 condus de dopajul electrostatic” ), oamenii de stiinta au gasit o modalitate de a schimba in mod reversibil structura atomica a unui material 2-D prin injectare sau „doping” cu electroni.Procesul utilizează mult mai puțină energie decât metodele curente pentru a schimba configurația structurii unui material. |
 |
| Schema prezintă configurația pentru tranziția fazei structurale pe un monostrat de molibden ditelluride (MoTe 2 , prezentat ca sfere galbene și albastre), care este ancorat de un electrod metalic (poarta de sus și sol). Lichidul ionic care acoperă monostratul și electrozii permite o densitate mare de electroni să populeze monostratul, ceea ce duce la modificări ale laturii structurale de la un model hexagonal (2H) la un monoclinic (1T ‘). (Credit: Ying Wang / Berkeley Lab) |
| „Arătăm pentru prima dată că este posibil să se injecteze electroni pentru a conduce schimbări de fază structurală în materiale”, a declarat cercetătorul principal al studiului, Xiang Zhang, om de știință de la Facultatea de Materiale Berkeley Lab și profesor la UC Berkeley. „Prin adăugarea de electroni într-un material, energia totală urcă și va sfârși balanța, rezultând structura atomică rearanjând un nou model care este mai stabil. O astfel de tranziție a fazei structurale determinată de dopajul electronic la limita 2-D nu este importantă numai în fizica fundamentală; de asemenea, deschide ușa pentru noua memorie electronică și comutarea la putere redusă în următoarea generație de dispozitive ultra-subțiri. „ |
| Comutarea configurației structurale a unui material de la o fază la alta este caracteristica fundamentală, binară care stă la baza circuitelor digitale actuale. Componentele electronice capabile de această tranziție de fază s-au diminuat până la dimensiuni subțiri de hârtie, dar ele sunt încă considerate a fi vrac, straturi 3D de către oamenii de știință. Prin comparație, materialele monostrat 2-D sunt compuse dintr-un singur strat de atomi sau molecule a căror grosime este de 100.000 de ori mai mică decât părul uman. |
| „Ideea dopajului de electroni pentru a modifica structura atomică a materialului este unică pentru materialele 2-D, care sunt mult mai ușor de reglabil electric în comparație cu materialele în vrac 3-D”, a declarat co-lead autorul Jun Xiao, student în laboratorul Zhang . |
| Abordarea clasică de a conduce tranziția structurală a materialelor implică încălzirea la peste 500 de grade Celsius. Astfel de metode sunt intensive din punct de vedere energetic și nu sunt fezabile pentru aplicații practice. În plus, căldura în exces poate reduce semnificativ durata de viață a componentelor în circuitele integrate. |
| Un număr de grupuri de cercetare au investigat, de asemenea, utilizarea substanțelor chimice pentru a modifica configurația atomilor din materialele semiconductoare, dar acest proces este încă dificil de controlat și nu a fost adoptat pe scară largă de către industrie. |
| „Aici folosim dopajul electrostatic pentru a controla configurația atomică a unui material bidimensional”, a declarat co-autorul studiului Ying Wang, un alt student absolvent în laboratorul lui Zhang. „În comparație cu utilizarea substanțelor chimice, metoda noastră este reversibilă și fără impurități. Are un potențial mai mare de integrare în fabricarea de telefoane mobile, computere și alte dispozitive electronice”. |
| Cercetatorii au folosit ditelluri de molibden (MoTe 2 ), un semiconductor tipic 2-D, si au acoperit-o cu un lichid ionic (DEME-TFSI), care are o capacitate ultra-mare sau capacitatea de a stoca incarcatura electrica. Stratul de lichid ionic a permis cercetătorilor să injecteze semiconductorul cu electroni la o densitate de o sută de bilioane la un cvadrilioane pe centimetru pătrat. Este o densitate de electroni care este una-două ordine mai mare decât cea care ar putea fi obținută în materialele 3-D în vrac, au spus cercetătorii. |
| Prin analiza spectroscopică, cercetătorii au stabilit că injectarea de electroni a schimbat dispunerea atomilor de ditelluri de molibden de la o formă hexagonală la una care este monoclinică, care are mai mult o formă cuboidă înclinată. Odată ce electronii au fost retrași, structura cristalină a revenit la modelul său hexagonal original, arătând că tranziția de fază este reversibilă. Mai mult decât atât, aceste două tipuri de aranjamente atomice au simetrii foarte diferite, oferind un contrast mare pentru aplicațiile componentelor optice. |
| „Un astfel de dispozitiv subțire atomică ar putea avea funcții duale, care ar servi simultan ca tranzistori optici sau electrici și, prin urmare, vor lărgi funcționalitățile electronicii folosite în viața noastră de zi cu zi”, a spus Wang. |
