Suntikan elektron menyentak struktur 2-D menjadi pola atom baru

Jarum Suntik Itu Nyakitin ???????? (Juli 2019).

Anonim

Muatan elektrostatik yang sama yang dapat membuat rambut berdiri di ujung dan melampirkan balon untuk pakaian bisa menjadi cara yang efisien untuk mendorong perangkat memori elektronik tipis di masa depan, menurut sebuah studi baru yang dipimpin oleh para peneliti di Departemen Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab).

Dalam sebuah penelitian yang diterbitkan hari ini di jurnal Nature, para ilmuwan telah menemukan cara untuk mengubah secara reversibel struktur atom bahan 2-D dengan menyuntikkan, atau "doping, " dengan elektron. Proses ini menggunakan energi yang jauh lebih sedikit daripada metode saat ini untuk mengubah konfigurasi struktur material.

"Kami menunjukkan, untuk pertama kalinya, bahwa adalah mungkin untuk menyuntikkan elektron untuk mendorong perubahan fase struktural dalam materi, " kata peneliti utama studi Xiang Zhang, ilmuwan fakultas senior di Berkeley Lab's Materials Sciences Division dan seorang profesor di UC Berkeley. "Dengan menambahkan elektron menjadi bahan, energi secara keseluruhan naik dan akan memberi kesan pada keseimbangan, menghasilkan struktur atom yang menyusun kembali ke pola baru yang lebih stabil. Transisi fase struktural yang didorong doping elektron seperti ini pada 2-D limit tidak hanya penting dalam fisika fundamental, tetapi juga membuka pintu untuk memori elektronik baru dan switching daya rendah pada perangkat ultra-tipis generasi berikutnya. "

Mengalihkan konfigurasi struktural material dari satu fase ke fase lainnya adalah karakteristik dasar, biner yang mendasari sirkuit digital saat ini. Komponen elektronik yang mampu transisi fase ini telah menyusut ke ukuran kertas-tipis, tetapi mereka masih dianggap massal, lapisan 3-D oleh para ilmuwan. Sebagai perbandingan, material monolayer 2-D terdiri dari satu lapisan atom atau molekul yang tebalnya 100.000 kali lebih kecil dari rambut manusia.

"Ide doping elektron untuk mengubah struktur atom material adalah unik untuk material 2-D, yang jauh lebih dapat disetel secara elektrik dibandingkan dengan materi massal 3-D, " kata penulis penelitian bersama Jun Xiao, seorang mahasiswa pascasarjana di laboratorium Zhang..

Pendekatan klasik untuk mendorong transisi struktural material melibatkan pemanasan hingga di atas 500 derajat Celcius. Metode-metode semacam itu sangat boros energi dan tidak layak untuk aplikasi praktis. Selain itu, kelebihan panas dapat secara signifikan mengurangi masa hidup komponen dalam sirkuit terpadu.

Sejumlah kelompok penelitian juga telah menyelidiki penggunaan bahan kimia untuk mengubah konfigurasi atom dalam bahan semikonduktor, tetapi proses itu masih sulit dikendalikan dan belum banyak diadopsi oleh industri.

"Di sini kami menggunakan doping elektrostatik untuk mengontrol konfigurasi atom dari bahan dua dimensi, " kata penulis ko-pemimpin studi Ying Wang, mahasiswa pascasarjana lainnya di laboratorium Zhang. "Dibandingkan dengan penggunaan bahan kimia, metode kami adalah reversibel dan bebas dari kotoran. Ini memiliki potensi yang lebih besar untuk diintegrasikan ke dalam pembuatan ponsel, komputer dan perangkat elektronik lainnya."

Para peneliti menggunakan molybdenum ditelluride (MoTe2), semikonduktor 2-D yang khas, dan melapisinya dengan cairan ionik (DEME-TFSI), yang memiliki kapasitansi ultra-tinggi, atau kemampuan untuk menyimpan muatan listrik. Lapisan cairan ionik memungkinkan para peneliti untuk menyuntikkan semikonduktor dengan elektron pada kepadatan seratus triliun hingga kuadriliun per sentimeter persegi. Ini adalah kerapatan elektron yang satu hingga dua orde lebih tinggi dari apa yang bisa dicapai dalam bahan curah 3-D, kata para peneliti.

Melalui analisis spektroskopi, para peneliti menentukan bahwa injeksi elektron mengubah susunan atom molybdenum ditelluride dari bentuk heksagonal menjadi bentuk monoklinik, yang memiliki bentuk kubus yang lebih miring. Setelah elektron ditarik kembali, struktur kristal kembali ke pola heksagonal aslinya, menunjukkan bahwa transisi fasa bersifat reversibel. Selain itu, kedua jenis pengaturan atom memiliki simetri yang sangat berbeda, memberikan kontras besar untuk aplikasi dalam komponen optik.

"Alat yang sangat tipis seperti itu dapat memiliki fungsi ganda, melayani secara bersamaan sebagai transistor optik atau listrik, dan karenanya memperluas fungsionalitas elektronik yang digunakan dalam kehidupan kita sehari-hari, " kata Wang.

menu
menu