Een internationaal team van wetenschappers heeft het equivalent van kogelvrije vesten uitgevonden voor extreem kwetsbare kwantumsystemen. waardoor ze robuust genoeg zijn om als basis te dienen voor een nieuwe generatie energiezuinige elektronica.

De wetenschappers brachten het pantser aan door voorzichtig druppeltjes vloeibaar metaal gallium op de materialen te pletten. bedek ze met galliumoxide.

Bescherming is cruciaal voor dunne materialen zoals grafeen, die slechts één atoom dik zijn - in wezen tweedimensionaal (2-D) - en dus gemakkelijk worden beschadigd door conventionele laagtechnologie, zei Matthias Wurdack, wie is de hoofdauteur van de publicatie van de groep in? Geavanceerde materialen .

"De beschermende coating werkt in feite als een kogelvrije vesting voor het atomair dunne materiaal, het beschermt tegen hoogenergetische deeltjes, die haar veel schade zou berokkenen, terwijl de opto-elektronische eigenschappen en functionaliteit volledig behouden blijven, " zei meneer Wurdack, een doctoraat student in het Nonlinear Physics Centre (NLPC) van de Research School of Physics, en het FLEET ARC Centre of Excellence.

De nieuwe techniek opent de weg voor een industrie op basis van ultradunne elektronica om uit te breiden, zei de leider van het onderzoeksteam, Professor Elena Ostrovskaja, ook van NLPC en FLEET.

"Tweedimensionale materialen hebben buitengewone eigenschappen, zoals een extreem lage weerstand of zeer efficiënte interacties met licht."

"Vanwege deze eigenschappen kunnen ze een grote rol spelen in de strijd tegen klimaatverandering."

Acht procent van het wereldwijde elektriciteitsverbruik in 2020, was te wijten aan informatietechnologieën, inclusief computers, smartphones en grote datacenters van techgiganten als Google en Amazon. Dat cijfer zal naar verwachting elk decennium verdubbelen naarmate de vraag naar AI-services en slimme apparaten omhoog schiet.

Echter, dit werk belooft energiezuinige alternatieven voor elektronica en opto-elektronica, door gebruik te maken van de superieure prestaties van 2D halfgeleidende materialen, zoals wolfraamdisulfide, die in dit onderzoek is gebruikt.

Het gebruik van 2D-materialen om efficiëntere apparaten te maken, heeft voordelen die verder gaan dan een verminderde CO2-uitstoot, zegt meneer Wurdack.

"2-D-technologie kan ook superefficiënte sensoren op ruimtevaartuigen mogelijk maken, of processors in Internet of Things-apparaten die minder worden beperkt door de levensduur van de batterij."

Het team creëerde hun beschermende laag door een druppel vloeibaar gallium aan de lucht bloot te stellen, die onmiddellijk een perfect gelijkmatige laag galliumoxide op het oppervlak vormde van slechts drie nanometer dik.

Door de druppel bovenop het 2D-materiaal te pletten met een glasplaatje, de galliumoxidelaag kan van het vloeibare gallium op het gehele oppervlak van het materiaal worden overgebracht, tot centimeters in schaal.

Omdat dit ultradunne galliumoxide een isolerend amorf glas is, het behoudt de opto-elektronische eigenschappen van de onderliggende 2D-halfgeleider. Het galliumoxideglas kan deze eigenschappen ook versterken bij cryogene temperaturen en beschermt goed tegen andere materialen die erop worden afgezet. Dit maakt de fabricage van geavanceerde, gelaagde elektronische en optische apparaten op nanoschaal, zoals lichtemitterende diodes, lasers en transistoren.

"We hebben een mooi alternatief voor bestaande technologie ontwikkeld dat kan worden opgeschaald voor industriële toepassingen, ' zei meneer Wurdack.

"We hopen industriële partners te vinden om met ons samen te werken om een ​​beschermende laagprinter te ontwikkelen op basis van deze technologie, die in elk laboratorium kan, als een lithografiemachine."

"Het zou spannend zijn om fundamenteel onderzoek als dit zijn weg naar de industrie te zien vinden!"

"Ultradunne Ga ₂ O ₃ Glas:een grootschalig passiverings- en beschermingsmateriaal voor monolaag WS ₂ " werd gepubliceerd in Geavanceerde materialen in december 2020.