Los materiales bidimensionales 2D, tan delgados como una sola capa de átomos, han intrigado a los científicos con su flexibilidad, elasticidad y propiedades electrónicas únicas, como se descubrió por primera vez en materiales como el grafeno en 2004. Algunos de estos materialespueden ser especialmente susceptibles a cambios en las propiedades de sus materiales a medida que se estiran y estiran. Bajo tensión aplicada, se ha predicho que sufrirán transiciones de fase tan dispares como superconductoras en un momento a no conductoras al siguiente, u ópticamente opacas en un momento para transparentes enel siguiente.
Ahora, los investigadores de la Universidad de Rochester han combinado materiales 2D con materiales de óxido de una nueva manera, utilizando una plataforma de dispositivo a escala de transistores, para explorar completamente las capacidades de estos materiales 2D cambiables para transformar la electrónica, la óptica, la informática y una gran cantidad de otrostecnologías.
"Estamos abriendo una nueva dirección de estudio", dice Stephen Wu, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática y física. "Hay una gran cantidad de materiales 2D con diferentes propiedades, y si los estira, lo haránhacer todo tipo de cosas "
La plataforma desarrollada en el laboratorio de Wu, configurada de manera muy similar a los transistores tradicionales, permite que se deposite una pequeña escama de un material 2D sobre un material ferroeléctrico. Voltaje aplicado al ferroeléctrico, que actúa como el tercer terminal de un transistor, o tensiones de compuertael material 2D por el efecto piezoeléctrico, haciendo que se estire. Eso, a su vez, desencadena un cambio de fase que puede cambiar completamente la forma en que se comporta el material. Cuando se apaga el voltaje, el material retiene su fase hasta que se aplica un voltaje de polaridad opuesta, haciendo que el material vuelva a su fase original.
"El objetivo final de la stratronics bidimensional es tomar todas las cosas que antes no se podían controlar, como las propiedades topológicas, superconductoras, magnéticas y ópticas de estos materiales, y ahora poder controlarlas, soloestirando el material en un chip ", dice Wu.
"Si haces esto con materiales topológicos, podrías impactar las computadoras cuánticas, o si lo haces con materiales superconductores, puedes impactar la electrónica superconductora".
En un papel en Nanotecnología de la naturaleza Wu y sus alumnos describen el uso de una película delgada de ditellururo de molibdeno bidimensional MoTe2 en la plataforma del dispositivo. Cuando se estira y se estira, el MoTe2 cambia de un material semiconductor de baja conductividad a un material semimetálico altamente conductivo y viceversa.
"Funciona como un transistor de efecto de campo. Solo tiene que poner un voltaje en ese tercer terminal, y el MoTe2 se estirará un poco en una dirección y se convertirá en algo que conduce. Luego lo estira de nuevo en otra dirección,y de repente tienes algo que tiene baja conductividad ", dice Wu.
El proceso funciona a temperatura ambiente, agrega, y, notablemente, "requiere solo una pequeña cantidad de tensión: estamos estirando el MoTe2 en solo un 0,4 por ciento para ver estos cambios".
La ley de Moore predice que la cantidad de transistores en un circuito integrado denso se duplica aproximadamente cada dos años.
Sin embargo, a medida que la tecnología se acerca a los límites en los que los transistores tradicionales pueden reducirse en tamaño, a medida que llegamos al final de la ley de Moore, la tecnología desarrollada en el laboratorio de Wu podría tener implicaciones de gran alcance para superar estas limitaciones a medida quela búsqueda de una informática cada vez más potente y más rápida continúa.
La plataforma de Wu tiene el potencial de realizar las mismas funciones que un transistor con un consumo de energía mucho menor ya que no se necesita energía para retener el estado de conductividad. Además, minimiza la fuga de corriente eléctrica debido a la fuerte pendiente en la que cambia el dispositivoconductividad con voltaje de compuerta aplicado. Ambos problemas alto consumo de energía y fuga de corriente eléctrica han limitado el rendimiento de los transistores tradicionales a nanoescala.
"Esta es la primera demostración", agrega Wu. "Ahora depende de los investigadores averiguar hasta dónde llega".
Una ventaja de la plataforma de Wu es que está configurada de manera muy similar a un transistor tradicional, lo que hace que sea más fácil adaptarse a la electrónica actual. Sin embargo, se necesita más trabajo antes de que la plataforma llegue a esa etapa. Actualmente, el dispositivo puede operar solo de 70 a 100veces en el laboratorio antes de la falla del dispositivo. Si bien la resistencia de otros recuerdos no volátiles, como el flash, es mucho mayor, también funcionan mucho más lentamente que el potencial final de los dispositivos basados en tensión que se desarrollan en el laboratorio de Wu.
"¿Creo que es un desafío que se puede superar? Absolutamente", dice Wu, quien trabajará en el problema con Hesam Askari, profesor asistente de ingeniería mecánica en Rochester, también coautor del artículo ".Es un problema de ingeniería de materiales que podemos resolver a medida que avanzamos en nuestra comprensión de cómo funciona este concepto ".
También explorarán cuánta tensión se puede aplicar a varios materiales bidimensionales sin hacer que se rompan. Determinar el límite final del concepto ayudará a guiar a los investigadores a otros materiales de cambio de fase a medida que la tecnología avance
Wu, quien completó su doctorado en física en la Universidad de California, Berkeley, fue un investigador postdoctoral en la División de Ciencia de Materiales en el Laboratorio Nacional Argonne antes de unirse a la Universidad de Rochester como profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informáticay el Departamento de Física en 2017.
Comenzó con un solo estudiante universitario en su laboratorio: Arfan Sewaket '19, que pasaba el verano como investigador investigador de Xerox. Ayudó a Wu a establecer un laboratorio temporal, luego fue el primero en probar el concepto del dispositivo yel primero en demostrar su viabilidad
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Materiales proporcionados por Universidad de Rochester . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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