Οι εξαιρετικά λεπτοί ημιαγωγοί συνδέονται ηλεκτρικά με υπεραγωγούς για πρώτη φορά

Η μονοστιβάδα του δισουλφιδίου του μολυβδαινίου (MoS2) περικλείεται μεταξύ δύο προστατευτικών στρωμάτων νιτριδίου του βορίου (hBN), με τις επαφές του μολυβδαινίου ρήνιο (MoRe) να εκτείνονται κατά μήκος της άνω στρώσης. Ένα στρώμα γραφενίου (πύλη) χρησιμοποιείται για ηλεκτρικό έλεγχο. Πίστωση: Mehdi Ramzani, Ελβετικό Ινστιτούτο Νανοεπιστημών, Πανεπιστήμιο της Βασιλείας

Είτε πρόκειται για smartphone, τηλεοράσεις ή τεχνολογία κτιρίων, οι ημιαγωγοί διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στην ηλεκτρονική και επομένως στην καθημερινή μας ζωή. Σε αντίθεση με τα μέταλλα, είναι δυνατή η προσαρμογή της ηλεκτρικής αγωγιμότητάς τους εφαρμόζοντας τάση και ενεργοποιώντας και απενεργοποιώντας έτσι τη ροή του ρεύματος.


Με σκοπό τις μελλοντικές εφαρμογές στον τομέα των ηλεκτρονικών και Κβαντική Τεχνολογία, οι ερευνητές επικεντρώνονται στην ανάπτυξη νέων συστατικών που αποτελούνται από ένα μόνο στρώμα (μονοστιβάδα) ενός υλικό ημιαγωγών. Ορισμένα φυσικά υλικά έχουν ημιαγωγικές ιδιότητες με μονοστιβάδες αυτού του τύπου, στοιβάζονται για να σχηματίσουν έναν τρισδιάστατο κρύσταλλο. Στο εργαστήριο, οι ερευνητές μπορούν να διαχωρίσουν αυτά τα στρώματα – τα οποία δεν είναι παχύτερα από ένα μόριο – και τα χρησιμοποιούν για την κατασκευή ηλεκτρονικών εξαρτημάτων.

Νέα χαρακτηριστικά και φαινόμενα

Αυτοί οι εξαιρετικά λεπτοί ημιαγωγοί υπόσχονται να προσφέρουν μοναδικές ιδιότητες που είναι δύσκολο να ελεγχθούν, όπως η χρήση ηλεκτρικών πεδίων για να επηρεάσουν τις μαγνητικές ροπές των ηλεκτρονίων. Επιπρόσθετα, σύνθετα φαινόμενα κβαντικής μηχανικής εμφανίζονται σε αυτούς τους ημιαγωγούς μονοστιβάδες που μπορεί να έχουν εφαρμογές στην κβαντική τεχνολογία.

Επιστήμονες σε όλο τον κόσμο ερευνούν πώς αυτοί οι λεπτοί ημιαγωγοί συσσωρεύονται για να σχηματίσουν νέα συνθετικά υλικά, γνωστά ως ετερογενείς δομές van der Waals. Ωστόσο, μέχρι στιγμής, δεν κατάφεραν να συνδυάσουν μια τέτοια μονοστιβάδα με υπεραγωγικές επαφές προκειμένου να εμβαθύνουν τις ιδιότητες και τις ιδιότητες των νέων υλικών.

Σούπερ συνδεσιμότητα

Μια ομάδα φυσικών, με επικεφαλής τον Δρ. Andreas Baumgartner στην ερευνητική ομάδα του καθηγητή Christian Schönenberger στο Ελβετικό Ινστιτούτο Νανοεπιστημών και το Τμήμα Φυσικής του Πανεπιστημίου της Βασιλείας, συνέθεσε μια μονοστιβάδα ημιαγωγού δισουλφιδίου μολυβδαινίου με υπεραγωγικές επαφές για την πρώτη χρόνος.

Ο λόγος για τον οποίο αυτός ο συνδυασμός ημιαγωγών και υπεραγωγών είναι τόσο ενδιαφέρων είναι ότι οι ειδικοί αναμένουν στοιχεία αυτού του τύπου να παρουσιάζουν νέες ιδιότητες και φυσικά φαινόμενα. “Σε έναν υπεραγωγό, τα ηλεκτρόνια οργανώνονται σε ζευγάρια, σαν συνεργάτες σε έναν χορό – με περίεργες και υπέροχες συνέπειες, όπως το ρεύμα που ρέει χωρίς αντίσταση”, εξηγεί ο Baumgartner, διευθυντής του έργου της μελέτης. “Από τον ημιαγωγό του δισουλφιδίου του μολυβδαινίου, από την άλλη πλευρά, τα ηλεκτρόνια εκτελούν έναν εντελώς διαφορετικό χορό, μια παράξενη μοναχική ρουτίνα που περιλαμβάνει και τις μαγνητικές τους στιγμές. Τώρα θα θέλαμε να μάθουμε τους περίεργους νέους χορούς με τους οποίους θα συμφωνούσαν τα ηλεκτρόνια εάν αυτά συνδυασμένα υλικά. “

Πίστωση: Ελβετικό Ινστιτούτο Νανοεπιστημών, Πανεπιστήμιο της Βασιλείας

Κατάλληλο για χρήση ως πλατφόρμα

ο ηλεκτρικές μετρήσεις Στις χαμηλότερες θερμοκρασίες που απαιτούνται για την υπεραγωγιμότητα – πάνω από το απόλυτο μηδέν (-273,15 ° C) – τα αποτελέσματα που προκαλούνται από την υπεραγωγιμότητα είναι σαφώς ορατά. Για παράδειγμα, σε ορισμένες ενέργειες, δεν επιτρέπονται πλέον μόνο ηλεκτρόνια. Επιπλέον, οι ερευνητές βρήκαν ενδείξεις ισχυρής σύζευξης μεταξύ του στρώματος ημιαγωγών και του υπεραγωγού.

«Η ισχυρή σύζευξη είναι ένα ουσιαστικό συστατικό συναρπαστικών νέων φυσικών φαινομένων που θα περιμέναμε να δούμε σε τέτοιες ετεροδομές van der Waals, αλλά δεν καταφέραμε να το αποδείξουμε», λέει ο Mehdi Ramzani, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.

«Και φυσικά, ελπίζουμε πάντα για νέες εφαρμογές στην ηλεκτρονική και την κβαντική τεχνολογία», λέει ο Baumgartner. “Κατ ‘αρχήν, οι κάθετες επαφές που έχουμε αναπτύξει για στρώματα ημιαγωγών μπορούν να εφαρμοστούν σε μεγάλο αριθμό ημιαγωγών. Οι μετρήσεις μας δείχνουν ότι τα υβριδικά εξαρτήματα ημιαγωγών ενός στρώματος είναι πράγματι εφικτά – ίσως ακόμη και με άλλα, πιο εξωτικά υλικά επαφής που θα ανοίξουν τρόπος για περισσότερες ιδέες. “

Τρόπος διαδικασίας κατασκευής

Η κατασκευή του νέου συστατικού σε έναν τύπο σάντουιτς από διαφορετικά υλικά απαιτεί μεγάλο αριθμό διαφορετικών βημάτων. Σε κάθε βήμα, είναι σημαντικό να αποφεύγεται η μόλυνση, καθώς εμποδίζουν σοβαρά τη μετάδοση ηλεκτρικών φορτίων.

προστατεύω ΗμιαγωγοίΟι ερευνητές παρήγαγαν μια μονοστιβάδα δισουλφιδίου μολυβδαινίου μεταξύ δύο λεπτών στρωμάτων νιτριδίου του βορίου, με τα οποία προηγουμένως χάραξαν τις επαφές κάθετα χρησιμοποιώντας λιθογραφία δέσμης ηλεκτρονίων και χάραξη ιόντων. Στη συνέχεια εναποθέτουν ένα λεπτό στρώμα μολυβδαινίου-ρήνου ως υλικό επαφής – ένα υλικό που διατηρεί τις υπεραγωγικές του ιδιότητες ακόμη και παρουσία ισχυρών μαγνητικών πεδίων.

Δουλεύοντας σε μια προστατευτική ατμόσφαιρα αζώτου σε ένα κουτί με γάντι, οι ερευνητές στοιβάζουν ένα στρώμα νιτριδίου του βορίου πάνω από τη στιβάδα του δισουλφιδίου του μολυβδαινίου, συγχωνεύοντας την κάτω πλευρά με ένα άλλο στρώμα νιτριδίου του βορίου καθώς και ένα άλλο στρώμα νιτριδίου του βορίου. στρώμα γραφενίου για ηλεκτρικό έλεγχο. Στη συνέχεια, οι ερευνητές τοποθέτησαν αυτήν την ετερογενή δομή van der Waals πάνω σε μια γκοφρέτα πυριτίου / διοξειδίου του πυριτίου.


Το τέντωμα αλλάζει τις ηλεκτρονικές ιδιότητες του γραφενίου


περισσότερες πληροφορίες:
Mehdi Ramzani et al., Υπεραγώγιμες επικοινωνίες για ημιαγωγούς μονής στρώσης, νανο μηνύματα (2021). DOI: 10.1021 / acs.nanolett.1c00615

Παρέχεται από το Ελβετικό Ινστιτούτο Νανοεπιστημών, Πανεπιστήμιο της Βασιλείας

το απόσπασμα: Ultrathin Semiconductors Electrically Connected to Superconductors for the First (2021, July 6) Ανακτήθηκε στις 7 Ιουλίου 2021 από https://phys.org/news/2021-07-ultrathin-semiconductors-electrically-superconductors.html

Αυτό το έγγραφο υπόκειται σε πνευματικά δικαιώματα. Ανεξάρτητα από οποιαδήποτε δίκαιη διαπραγμάτευση για σκοπούς ιδιωτικής μελέτης ή έρευνας, κανένα μέρος δεν μπορεί να αναπαραχθεί χωρίς γραπτή άδεια. Το περιεχόμενο παρέχεται μόνο για ενημερωτικούς σκοπούς.

READ  Η NASA συλλαμβάνει έναν εκπληκτικό γαλαξία πυροτεχνημάτων. έτσι μοιάζει: ΦΩΤΟ

Αφήστε μια απάντηση

Η ηλ. διεύθυνση σας δεν δημοσιεύεται. Τα υποχρεωτικά πεδία σημειώνονται με *