Recent onderzoek van de Universiteit van Nebraska-Lincoln kan toekomstige ingenieurs van digitale componenten helpen om twee (of meer) voor de ruimte van één te krijgen.

Een team van natuurkundigen heeft een omkeerbare methode gedemonstreerd om de elektronische eigenschappen van een nanoscopisch materiaal te veranderen. wijst de weg naar het samenvoegen van verschillende kenmerkende functies van moderne elektronica tot één onderdeel.

De aanpak kan uiteindelijk een 2D-materiaal mogelijk maken om te verschuiven van digitale verwerking naar gegevensopslag naar lichtgestuurde toepassingen. Die veelzijdigheid, beurtelings, zou ingenieurs extra opties kunnen bieden voor het verkleinen van elektronica door meer functionaliteit in één apparaat te persen.

Xia Hong en haar collega's begonnen met een atomair dun plakje molybdeendisulfide, of MoS2, een chemische verbinding waarvan de halfgeleidende eigenschappen lijken op die van het favoriete silicium van de industrie. Vervolgens bedekten ze de MoS2 met een polymeer met ferro-elektriciteit - het vermogen om de uitlijning van de gescheiden positieve en negatieve ladingen om te keren, of polarisatie, door er een elektrisch veld op aan te leggen.

De onderzoekers ontdekten dat ze het elektronische gedrag van de MoS2 radicaal konden herconfigureren door selectief spanning over het polymeer aan te leggen om de richting van de polarisatie te dicteren.

Toen het team van Hong de positieve of negatieve ladingen van het polymeer uitlijnde naar of weg van de laag MoS2, de elektrische stroom van laatstgenoemde vloeide vrij in beide richtingen en kwam overeen met de hoeveelheid aangelegde spanning. In die staat, de MoS2 speelde de rol van transistor, een kenmerkende component van digitale verwerking die elektrische stroom vrijgeeft en onderdrukt om de binaire taal van 1s en 0s te spreken.

Maar toen het team het polymeer op een andere manier polariseerde - door twee domeinen van verticaal georiënteerde maar tegengesteld uitgelijnde polarisaties te creëren - nam de onderliggende MoS2 een nieuwe identiteit aan. In plaats van als een transistor te fungeren, de MoS2 werd een diode, stroom in de ene richting laten stromen, maar weerstand bieden aan de beweging in de andere wanneer deze wordt blootgesteld aan verschillende polariteiten maar dezelfde hoeveelheid spanning.

Onder hun vele doeleinden, diodes zetten de tweerichtingsstroom van wisselstroom - die wordt gebruikt voor het voeden van huizen en andere constructies - om in de eenrichtingstransmissie van gelijkstroom die vrijwel elke technologie met een batterij aandrijft. Ze bevinden zich ook in het hart van veel licht-aangedreven en licht-producerende apparaten, van zonnecellen tot LED displays.

De MoS2 behield zijn transistor- en diodetoestanden, zelfs wanneer de spanning werd verwijderd, zei Hong. die kwaliteit, gecombineerd met de laagspanningsvereisten van de techniek en de nanoscopische schaal, bracht haar ertoe om het te omschrijven als "veelbelovend" voor low-power technologische toepassingen. De mechanische eigenschappen van de atoomdunne supergeleider en het ferro-elektrische polymeer, ze zei, zou bijzonder geschikt kunnen zijn voor het soort flexibele elektronica dat wordt aangetroffen in draagbare technologie.

"Dit is niet alleen een prestatieverbetering, " zei Hong, universitair hoofddocent natuurkunde en sterrenkunde. "Het gaat echt (over) het creëren van een nieuw type multifunctioneel apparaat."

Hong zei dat de omkeerbaarheid van de aanpak de voorkeur zou kunnen geven aan het decennia-oude halfgeleiderbehandelingsproces dat bekend staat als doping, een op chemicaliën gebaseerde techniek die een halfgeleiderontwerp effectief in een of andere functie vergrendelt.

"Het leuke van deze aanpak is dat we niets chemisch veranderen, " zei Hong. "Wat we hier doen, is de functie elektrisch herprogrammeren."

Na de nieuwe techniek te hebben gedemonstreerd met een ferro-elektrisch polymeer, Hong en haar collega's onderzoeken nu het gebruik van verbindingen die bekend staan ​​als oxiden, die beter bestand zijn tegen de hitte die door veel elektronica wordt geproduceerd.

Het team van Hong heeft zijn nieuwe techniek beschreven in het tijdschrift Fysieke beoordelingsbrieven .