Полупроводник, состоящий из элементов олова и кислорода, или монооксида олова (SnO), представляет собой слой 2D-материала толщиной всего в один атом, что позволяет электрическим зарядам перемещаться через него намного быстрее, чем обычные 3D-материалы, такие как кремний. Этот материал можно использовать в транзисторах, в основе всех электронных устройств, таких как компьютерные процессоры и графические процессоры в настольных компьютерах и мобильных устройствах.
Материал был обнаружен группой под руководством доцента материаловедения и инженерии Университета Юты Ашутоша Тивари. Статья с описанием исследования была опубликована в понедельник, 15 февраля 2016 г., в журнале Advanced Electronic Materials. Статья, которая также станет обложкой для печатной версии журнала, была написана в соавторстве с докторантами материаловедения и инженерии Университета Юты К.Дж.
Саджи и Кун Тиан, а также Майклом Снуром из Исследовательской лаборатории ВВС США Райт-Паттерсон. недалеко от Дейтона, штат Огайо.Транзисторы и другие компоненты, используемые в электронных устройствах, в настоящее время изготавливаются из трехмерных материалов, таких как кремний, и состоят из нескольких слоев на стеклянной подложке. Но обратная сторона трехмерных материалов заключается в том, что электроны отскакивают внутри слоев во всех направлениях.
Преимущество 2D-материалов, представляющих собой захватывающую новую область исследований, которая открылась всего пять лет назад, заключается в том, что материал состоит из одного слоя толщиной всего в один или два атома. Следовательно, электроны «могут двигаться только в одном слое, поэтому это намного быстрее», — говорит Тивари.Хотя исследователи в этой области недавно открыли новые типы 2D-материалов, такие как графен, дисульфид молибденуна и борофен, это были материалы, которые допускают движение только электронов N-типа или отрицательных электронов.
Однако для создания электронного устройства вам понадобится полупроводниковый материал, который позволяет перемещать как отрицательные электроны, так и положительные заряды, известные как «дырки». Монооксид олова, открытый Тивари и его командой, является первым из когда-либо существовавших стабильных 2D полупроводниковых материалов P-типа.
«Теперь у нас есть все — у нас есть 2D-полупроводники P-типа и 2D-полупроводники N-типа», — говорит он. «Теперь дела пойдут вперед гораздо быстрее».Теперь, когда Тивари и его команда открыли этот новый 2D-материал, он может привести к производству транзисторов, которые будут еще меньше и быстрее, чем те, которые используются сегодня. Компьютерный процессор состоит из миллиардов транзисторов, и чем больше транзисторов упаковано в один чип, тем мощнее может стать процессор.
Транзисторы, изготовленные из полупроводникового материала Tiwari, могут привести к созданию компьютеров и смартфонов, которые будут более чем в 100 раз быстрее обычных устройств. А поскольку электроны движутся через один слой, а не подпрыгивают в трехмерном материале, трение будет меньше, а это означает, что процессоры не будут такими горячими, как обычные компьютерные чипы. Они также потребуют гораздо меньше энергии для работы, что является благом для мобильной электроники, которая должна работать от батареи. Тивари говорит, что это может быть особенно важно для медицинских устройств, таких как электронные имплантаты, которые будут работать дольше от одной зарядки аккумулятора.
«Область сейчас очень горячая, и люди очень ею интересуются», — говорит Тивари. «Так что через два-три года мы должны увидеть хоть какой-нибудь прототип устройства».