Technische onderzoekers hebben een 2D-printproces ontwikkeld waarbij gebruik wordt gemaakt van vloeibare metalen. Volgens hen zou dit nieuwe manieren kunnen creëren om geavanceerdere en energie-efficiëntere computerhardware te creëren die op nanoschaal wordt vervaardigd.

Het proces komt voort uit de toenemende wereldwijde vraag naar geheugenapparaten, die aanzienlijke hoeveelheden energie vereisen om te produceren en te gebruiken.

"Het verlagen van de temperatuur waarbij zirkonium en hafnium vloeibaar worden is cruciaal voor de ontwikkeling van goedkopere elektrische apparaten, omdat er veel minder energie nodig is", zegt dr. Mohammad Ghaseman, hoofdauteur van het onderzoek aan de School of Chemical and Biomolecular Engineering.

Ontwikkeld door ingenieurs van de Universiteit van Sydney en gepubliceerd in Small combineerden de onderzoekers eerst tin, zirkonium en hafnium in een precieze verhouding. Hierdoor kon de legering worden gesmolten onder de 500 °C, veel lager dan de individuele smeltpunten voor zirkonium (1.852 °C) en hafnium (2.227 °C).

De vloeibare metaallegering heeft een dunne oxidelaag of ‘korst’ terwijl het vloeibare centrum behouden blijft. Het wordt gebruikt om de ultradunne tinoxide-nanoplaten te verzamelen die zijn gedoteerd met hafnium-zirkoniumoxide.

"Tin is overvloedig aanwezig, goedkoop en kan op grote schaal worden gebruikt voor de productie van kritische halfgeleiders, transistors en geheugenchips", aldus Dr. Ghaseman.

"Hoewel hafnium-zirkoniumoxide een bekend ferro-elektrisch materiaal is dat wordt gebruikt in toepassingen op nanoschaal, zoals geheugenapparaten en sensoren, is het verkrijgen van nanosheets met behulp van conventionele technieken zowel moeilijk als duur", zei hij.

Door de tin-zirkonium-hafnium-legering toe te passen, kon het team de nanodunne tinoxidelaag, gedoteerd met hafnium-zirkoniumoxide, oogsten door middel van exfoliatie, waardoor deze van het vloeibare oppervlak werd gehaald, zodat deze vervolgens in 2D op een substraat kon worden geprint als ferro-elektrische nanoplaten. Deze bladen zijn ontworpen om de basis te vormen voor de volgende generatie computerhardware, van halfgeleiders tot geheugenchips.

"Zie het als een marmer bedekt met inkt," zei Dr. Ghaseman. "De legering is als een oplosmiddel waarmee we die inkt kunnen verwijderen en vervolgens kunnen gebruiken voor het printen. Ons proces stelt ons in staat deze kostbare korstlaag te oogsten en er ultradunne vellen van te maken, die vervolgens worden gebruikt om elektronica te vervaardigen."

"Het zou een nieuwe bron kunnen zijn van functionele 2D-materialen die niet toegankelijk zijn met conventionele methoden. Dit proces stelt ons in staat ferro-elektriciteit te introduceren in veel kleinere 2D-metaaloxiden, waardoor de ontwikkeling van de volgende generatie nano-elektronica bij lage temperaturen mogelijk wordt."

Meer informatie: Mohammad B. Ghaseman et al., Door vloeibare metaaldoping geïnduceerde asymmetrie in tweedimensionale metaaloxiden, klein (2024). DOI:10.1002/klein.202309924

Journaalinformatie: Klein

Aangeboden door Universiteit van Sydney