Purdue-onderzoekers hebben een nieuw tweedimensionaal materiaal ontdekt, afgeleid van het zeldzame element tellurium, om transistors te maken die een stroom beter door een computerchip voeren.

De ontdekking voegt toe aan een lijst van extreem dunne, tweedimensionale materialen die ingenieurs hebben geprobeerd te gebruiken om de werksnelheid van de transistors van een chip te verbeteren, waardoor informatie sneller kan worden verwerkt in elektronische apparaten, zoals telefoons en computers, en defensietechnologieën zoals infraroodsensoren.

Andere tweedimensionale materialen, zoals grafeen, zwarte fosfor en siliceen, hebben ofwel stabiliteit bij kamertemperatuur of de haalbare productiebenaderingen die nodig zijn om effectieve transistors voor nanofabricage voor apparaten met een hogere snelheid te produceren, ontbrak.

"Alle transistoren moeten een grote stroom sturen, wat zich vertaalt naar high-speed elektronica, " zei Peide Ye, Purdue's Richard J. en Mary Jo Schwartz hoogleraar elektrische en computertechniek. "Eendimensionale draden die momenteel transistors vormen, hebben zeer kleine doorsneden. Maar een tweedimensionaal materiaal, gedraagt ​​zich als een laken, kan een stroom over een groter oppervlak sturen."

Tellurene, een tweedimensionale film die onderzoekers vonden in het element tellurium, bereikt een stabiele, plaatachtige transistorstructuur met sneller bewegende "dragers - dat wil zeggen elektronen en de gaten die ze op hun plaats achterlaten. Ondanks de zeldzaamheid van tellurium, de voordelen van tellurene zouden het gemakkelijker maken om transistors gemaakt van tweedimensionale materialen op grotere schaal te produceren. De onderzoekers beschrijven hun bevindingen in Natuur Elektronica .

"Hoewel tellurium niet overvloedig aanwezig is op de aardkorst, we hebben maar een klein beetje nodig om te worden gesynthetiseerd via een oplossingsmethode. En binnen dezelfde batch, we hebben een zeer hoge productieopbrengst van tweedimensionale tellurenematerialen, " zei Wenzhuo Wu, assistent-professor aan Purdu's School of Industrial Engineering. "Je schaalt gewoon de container op die de oplossing bevat, dus de productiviteit is hoog."

Aangezien elektronica doorgaans bij kamertemperatuur wordt gebruikt, natuurlijk stabiele tellurene-transistors bij deze temperatuur zijn praktischer en kosteneffectiever dan andere tweedimensionale materialen die een vacuümkamer of lage bedrijfstemperatuur nodig hebben om vergelijkbare stabiliteit en prestaties te bereiken.

De grotere kristalvlokken van tellurene betekenen ook minder barrières tussen vlokken voor elektronenbeweging - een probleem met de meer talrijke, kleinere vlokken van andere tweedimensionale materialen.

"Hoge dragermobiliteit bij kamertemperatuur betekent meer praktische toepassingen, "Je zei. Sneller bewegende elektronen en gaten leiden dan tot hogere stromen over een chip.

De onderzoekers verwachten dat, omdat tellurene op zichzelf kan groeien zonder de hulp van een andere stof, het materiaal kan mogelijk worden gebruikt in andere toepassingen dan computerchiptransistors, zoals flexibele geprinte apparaten die mechanische trillingen of warmte omzetten in elektriciteit.

"Tellurene is een multifunctioneel materiaal, en Purdue is de geboorteplaats van dit nieuwe materiaal, " zei Wu. "Naar onze mening, dit komt veel dichter bij de schaalbare productie van tweedimensionale materialen met gecontroleerde eigenschappen voor praktische technologieën."