Wetenschappers hebben een op 2D-materiaal gebaseerde, meervoudig gestapelde structuur ontworpen die wolfraamdisulfide (WS .) bevat ₂ ) laag ingeklemd tussen hexagonale boornitride (hBN) lagen die interactie op lange afstand tussen opeenvolgende WS vertoont ₂ lagen met potentieel voor het verminderen van de complexiteit van het circuitontwerp en het stroomverbruik.

2D-materialen zijn populair onder materiaalwetenschappers vanwege hun lucratieve elektronische eigenschappen, waardoor hun toepassingen in fotovoltaïsche, halfgeleiders, en waterzuivering. Vooral, de relatieve fysische en chemische stabiliteit van 2D-materialen maakt het mogelijk dat ze met elkaar kunnen worden "gestapeld" en "geïntegreerd". In theorie, deze stabiliteit van 2D-materialen maakt de fabricage mogelijk van 2D-materiaalgebaseerde structuren zoals gekoppelde "quantumwells" (CQW's), een systeem van op elkaar inwerkende potentiële "putten, " of regio's die heel weinig energie bevatten, die alleen specifieke energieën toelaten voor de deeltjes die erin gevangen zitten.

CQW's kunnen worden gebruikt om resonante tunnelingdiodes te ontwerpen, elektronische apparaten die een negatieve verandering van spanning met stroom vertonen en cruciale componenten zijn van geïntegreerde schakelingen. Dergelijke chips en circuits zijn een integraal onderdeel van technologieën die neuronen en synapsen nabootsen die verantwoordelijk zijn voor geheugenopslag in het biologische brein.

Bewijzen dat 2D-materialen inderdaad kunnen worden gebruikt om CQW's te maken, een onderzoeksteam onder leiding van Myoung-Jae Lee Ph.D. van Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) ontwierp een CQW-systeem dat één wolfraamdisulfide (WS ₂ ) laag tussen twee hexagonale boornitride (hBN) lagen. "hBN is een bijna ideale 2D-isolator met hoge chemische stabiliteit. Dit maakt het een perfecte keuze voor integratie met WS ₂ , waarvan bekend is dat het een halfgeleider in 2D-vorm is, " legt prof. Lee uit. Hun bevindingen zijn gepubliceerd in ACS Nano .

Het team mat de energie van excitongebonden systemen bestaande uit een elektron en een elektronengat (afwezigheid van elektron) en trions (elektrongebonden exciton) voor de CQW en vergeleek ze met die voor dubbellaagse WS ₂ structuren om het effect van WS . te identificeren ₂ -WS ₂ interactie. Ze maten ook de stroom-spanningskarakteristieken van een enkele CQW om het gedrag ervan te karakteriseren.

Ze zagen een geleidelijke afname van zowel de exciton- als de trion-energie met een toename van het aantal staken, en een abrupte afname van de dubbellaag WS ₂ . Ze schreven deze waarnemingen toe aan een inter-well interactie op lange afstand en sterke WS ₂ -WS ₂ interacties in afwezigheid van hBN, respectievelijk. De stroom-spanningskarakteristieken bevestigden dat het zich gedraagt ​​als een resonante tunneling diode.

Dus welke implicaties hebben deze resultaten voor de toekomst van elektronica? Prof. Lee vat samen, "We kunnen resonante tunneling-diodes gebruiken voor het maken van meerwaardige logische apparaten die de complexiteit van de circuits en het rekenkrachtverbruik aanzienlijk verminderen. Dit, beurtelings, kan leiden tot de ontwikkeling van elektronica met een laag vermogen."

Deze bevindingen zullen zeker een revolutie teweegbrengen in de elektronica-industrie met halfgeleiderchips en circuits met extreem laag vermogen, maar wat spannender is, is waar deze chips ons heen kunnen brengen, omdat ze kunnen worden gebruikt in toepassingen die neuronen en synapsen nabootsen, die een rol spelen bij de geheugenopslag in het biologische brein. Dit 2D-perspectief kan dus het volgende grote ding zijn in kunstmatige intelligentie.