In een stap naar een post-grafeentijdperk van nieuwe materialen voor elektronische toepassingen, een internationaal team van onderzoekers, waaronder wetenschappers van de Universiteit van Californië, rivieroever, heeft een nieuwe en opwindende manier gevonden om de eigenschappen van nieuwe tweedimensionale halfgeleiders op te helderen. Deze materialen hebben unieke eigenschappen die een betere integratie van optische communicatie met traditionele op silicium gebaseerde apparaten beloven.

De onderzoekers fabriceerden een enkel-atomaire laag-dunne film van molybdeendisulfide (MoS ₂ ) op een substraat van lithiumniobaat (LiNbO ₃ ). LiNbO ₃ wordt gebruikt in veel elektronische apparaten die omgaan met hoogfrequente signalen, zoals mobiele telefoons of radarinstallaties. Elektrische pulsen toepassen op LiNbO ₃ , de onderzoekers creëerden zeer hoogfrequente geluidsgolven - "akoestische oppervlaktegolven" - die langs het oppervlak van LiNbO . lopen ₃ , vergelijkbaar met aardbevingen op het land. Telefoons, bijvoorbeeld, gebruik resonanties van deze oppervlaktegolven om elektrische signalen te filteren op een manier die vergelijkbaar is met een wijnglas dat resoneert wanneer een stem het precies op de juiste toonhoogte raakt.

specifiek, het onderzoeksteam gebruikte de oppervlaktegolven van LiNbO ₃ om te luisteren hoe de verlichting van LiNbO ₃ door laserlicht verandert de elektrische eigenschappen van MoS ₂ .

"De toon waarop een wijnglas resoneert verandert als je het vult. Als je het met een lepel pingt, je kunt die toon horen. Met oefening kun je aan de toon raden hoe vol het wijnglas is zonder naar het glas te kijken, " legde Ludwig Bartels uit, een professor in de chemie die het team van UC Riverside leidde. "Op een soortgelijke manier, we kunnen de LiNbO . 'horen' ₃ geluidsgolven en afleiden hoeveel stroom het laserlicht in de MoS . liet stromen ₂ . We hebben ook transistorstructuren gefabriceerd op de MoS ₂ films en bewezen dat onze analyse inderdaad klopt."

Studieresultaten verschenen vorige week online in Natuurcommunicatie .

"De gevestigde aard van de substraten en de processen om akoestische oppervlaktegolven te creëren, maken de nieuwe techniek gemakkelijk en klaar om te worden toegepast, "Zei Bartels. "In het bijzonder, zelfs op afstand, draadloze detectietoepassingen lijken binnen handbereik."

Het onderzoeksproject is het resultaat van een samenwerking tussen studenten en onderzoekers van UC Riverside en de Universiteit van Augsburg, Duitsland.

Voor dit project, Het lab van Bartels profiteerde enorm van de complementaire expertise tussen de twee universiteiten, waardoor de onderzoekers nieuwe perspectieven kunnen verkennen. De materiaalfabricage vond plaats bij UCR in het laboratorium van Bartels, gevolgd door apparaatintegratie in Beieren.

"Het was echt spannend om te zien hoe onze studenten deze fascinerende resultaten behaalden door de 2D-materialen uit Californië te combineren met onze expertise op het gebied van akoestische oppervlaktegolven, " zei Hubert Krenner, lid van het Cluster of Excellence Nanosystems Initiative München (NIM), Duitsland, die samen met Achim Wixforth het project leidde aan de Universiteit van Augsburg. UCR-afgestudeerde student Edwin Preciado en recent afgestudeerde Florian J.R. Schülein van de Universiteit van Augsburg leidden het onderzoeksproject in de onderzoekslaboratoria van Bartels en Krenner, respectievelijk.

"Internationale samenwerking en het feit dat ik onderzoekswerk in Duitsland kon doen, was cruciaal voor het succes van dit project, "Zei Preciado. "Ik heb veel geleerd door een paar maanden in Augsburg te blijven. Het heeft me ervaring en vaardigheden opgeleverd die ik anders niet zo gemakkelijk had kunnen verwerven."

Hetzelfde, Sebastiaan Hamer, een afgestudeerde student aan de Universiteit van Augsburg, werkte deze zomer in het lab van Bartels aan het fabriceren van een nieuwe batch apparaten in een uitbreiding van het huidige project.