Onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv hebben 's werelds kleinste technologie ontwikkeld, met een dikte van slechts twee atomen. Volgens de onderzoekers is de nieuwe technologie stelt een manier voor om elektrische informatie op te slaan in de dunste eenheid die de wetenschap kent, in een van de meest stabiele en inerte materialen in de natuur. De toegestane kwantummechanische elektronentunneling door de atomair dunne film kan het leesproces van informatie een boost geven die veel verder gaat dan de huidige technologieën.

Het onderzoek werd uitgevoerd door wetenschappers van de Raymond en Beverly Sackler School of Physics and Astronomy en Raymond en Beverly Sackler School of Chemistry. De groep omvat Maayan Vizner Stern, Yuval Waschitz, Dr. Wei Cao, Dr. Iftach Nevo, Prof. Eran Sela, Prof. Michael Urbakh, Prof. Oded Hod, en Dr. Moshe Ben Shalom. Het werk is nu gepubliceerd in Wetenschap tijdschrift.

"Ons onderzoek komt voort uit nieuwsgierigheid naar het gedrag van atomen en elektronen in vaste materialen, die veel van de technologieën heeft voortgebracht die onze moderne manier van leven ondersteunen, " zegt Dr. Shalom. "Wij (en vele andere wetenschappers) proberen te begrijpen, voorspellen, en zelfs de fascinerende eigenschappen van deze deeltjes beheersen terwijl ze condenseren tot een geordende structuur die we een kristal noemen. In het hart van de computer, bijvoorbeeld, ligt een klein kristallijn apparaat dat is ontworpen om te schakelen tussen twee toestanden die verschillende antwoorden aangeven - 'ja' of 'nee, " 'omhoog' of 'omlaag' enz. Zonder deze dichotomie is het niet mogelijk om informatie te coderen en te verwerken. De praktische uitdaging is om een ​​mechanisme te vinden waarmee in een kleine, snel, en goedkoop apparaat."

De huidige state-of-the-art apparaten bestaan ​​uit minuscule kristallen die slechts ongeveer een miljoen atomen bevatten (ongeveer honderd atomen hoog, breedte, en dikte) zodat een miljoen van deze apparaten ongeveer een miljoen keer in het gebied van één munt kunnen worden geperst, waarbij elk apparaat met een snelheid van ongeveer een miljoen keer per seconde schakelt.

Na de technologische doorbraak konden de onderzoekers, Voor de eerste keer, om de dikte van de kristallijne apparaten te verminderen tot slechts twee atomen. Dr. Shalom benadrukt dat zo'n dunne structuur herinneringen op basis van het kwantumvermogen van elektronen in staat stelt om snel en efficiënt door barrières te springen die slechts enkele atomen dik zijn. Dus, het kan elektronische apparaten aanzienlijk verbeteren in termen van snelheid, dichtheid, en energieverbruik.

In de studie, de onderzoekers gebruikten een tweedimensionaal materiaal:één atoom dikke lagen boor en stikstof, gerangschikt in een repetitieve zeshoekige structuur. In hun experiment hebben ze waren in staat om de symmetrie van dit kristal te doorbreken door twee van dergelijke lagen kunstmatig samen te voegen. "In zijn natuurlijke driedimensionale staat, dit materiaal is opgebouwd uit een groot aantal op elkaar geplaatste lagen, waarbij elke laag 180 graden is gedraaid ten opzichte van zijn buren (antiparallelle configuratie)", zegt Dr. Shalom. "In het laboratorium, we waren in staat om de lagen kunstmatig in een parallelle configuratie te stapelen zonder rotatie, die hypothetisch atomen van dezelfde soort in perfecte overlap plaatst ondanks de sterke afstotende kracht ertussen (als gevolg van hun identieke ladingen). In feite, echter, het kristal geeft er de voorkeur aan om de ene laag iets ten opzichte van de andere te verschuiven, zodat slechts de helft van de atomen van elke laag elkaar perfect overlappen, en degenen die elkaar wel overlappen, zijn van tegengestelde ladingen - terwijl alle andere zich boven of onder een lege ruimte bevinden - het midden van de zeshoek. In deze kunstmatige stapelconfiguratie zijn de lagen behoorlijk van elkaar te onderscheiden. Bijvoorbeeld, als in de bovenste laag alleen de booratomen elkaar overlappen, in de onderste laag is het andersom."

Dr. Shalom belicht ook het werk van het theorieteam, die talloze computersimulaties uitvoerde "Samen hebben we een diep begrip gekregen van waarom de elektronen van het systeem zich rangschikken zoals we in het laboratorium hadden gemeten. Dankzij dit fundamentele begrip, we verwachten ook fascinerende reacties in andere symmetrie-gebroken gelaagde systemen, " hij zegt.

Maayan Wizner Stern, de Ph.D. student die de studie leidde, legt uit dat "de symmetriebreking die we in het laboratorium hebben gecreëerd, die niet bestaat in het natuurlijke kristal, dwingt de elektrische lading om zichzelf te reorganiseren tussen de lagen en genereert een kleine interne elektrische polarisatie loodrecht op het laagvlak. Wanneer we een extern elektrisch veld in de tegenovergestelde richting toepassen, schuift het systeem zijwaarts om de polarisatieoriëntatie te veranderen. De geschakelde polarisatie blijft stabiel, zelfs wanneer het externe veld is uitgeschakeld. Hierin is het systeem vergelijkbaar met dikke driedimensionale ferro-elektrische systemen, die tegenwoordig veel worden gebruikt in de technologie."

"Het vermogen om een ​​kristallijne en elektronische opstelling te forceren in zo'n dun systeem, met unieke polarisatie- en inversie-eigenschappen als gevolg van de zwakke Van der Waals-krachten tussen de lagen, is niet beperkt tot het boor- en stikstofkristal, " voegt Dr. Shalom toe. "We verwachten hetzelfde gedrag in veel gelaagde kristallen met de juiste symmetrie-eigenschappen. Het concept van tussenlaagschuiven als een originele en efficiënte manier om geavanceerde elektronische apparaten te besturen is veelbelovend, en we hebben het Slide-Tronics genoemd."

Stern concludeert dat ze "enthousiast zijn om te ontdekken wat er kan gebeuren in andere staten die we aan de natuur opdringen en voorspellen dat andere structuren die extra vrijheidsgraden koppelen mogelijk zijn. We hopen dat miniaturisatie en flippen door glijden de elektronische apparaten van vandaag zullen verbeteren, en bovendien, andere originele manieren toestaan ​​om informatie in toekomstige apparaten te controleren. Naast computerapparatuur, we verwachten dat deze technologie zal bijdragen aan detectoren, energieopslag en -conversie, interactie met licht, enz. Onze uitdaging, zoals wij het zien, is om meer kristallen te ontdekken met nieuwe en glibberige vrijheidsgraden."