Investigación realizada por el Dr. Rafik Addou (desde la izquierda), Dr. Moon Kim, El Dr. Robert Wallace y el estudiante de posgrado Hui Zhu demostraron una forma práctica de crear dispositivos nanoelectrónicos de una capa atómica a la vez.
El campo de la mecánica cuántica se ocupa de materiales en dimensiones atómicas, y los grandes descubrimientos a menudo ocurren a muy pequeña escala. Investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Erik Jonsson, en colaboración con un equipo internacional de ingenieros y científicos, han descubierto un fenómeno que podría tener importantes implicaciones para el desarrollo de circuitos y dispositivos nanoelectrónicos.
En un artículo reciente publicado en Comunicaciones de la naturaleza , los investigadores describen por primera vez cómo crecido y apilado, Los materiales atómicamente delgados pueden exhibir un efecto de transporte único, llamada resistencia diferencial negativa, o NDR, a temperatura ambiente.
NDR es un fenómeno en el que los electrones, por su naturaleza ondulatoria, túnel a través de materiales delgados con resistencia variable.
"Todo comienza con materiales llamados dicalogénidos de metales de transición, o TMD, que puede formar una capa atómicamente delgada que se comporta como un interruptor semiconductor, "dijo el coautor, el Dr. Robert Wallace, quien es profesor de ciencia e ingeniería de materiales y tiene la Cátedra Distinguida Erik Jonsson en UT Dallas. "Los TMD se están explorando ahora para ver si se pueden utilizar para producir lo último en tecnología de bajo consumo, tecnología de transistores de alta velocidad ".
Esta exploración es de interés para los ingenieros electrónicos interesados en futuros transistores. Cuando se cultiva en capas atómicamente delgadas, Se espera que las superficies de los TMD sean semiconductores perfectos para transistores atómicamente delgados, idealmente sin defectos, permitiendo un comportamiento superrápido de "encendido" y "apagado" a voltajes muy bajos.
"Si se da cuenta, Estos materiales podrían revolucionar la industria de la electrónica y permitir dispositivos portátiles de mayor rendimiento como los teléfonos inteligentes y el Internet de las cosas. Su naturaleza de capa atómicamente delgada da lugar al concepto de materiales semiconductores bidimensionales, "Dijo Wallace.
El estudiante graduado de UT Dallas, Hui Zhu, fue coautor del artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
Dr. Moon Kim, quien ocupa la Cátedra Distinguida Louis Beecherl Jr. y es profesor de ciencia e ingeniería de materiales en UT Dallas, fue coautor del artículo.
"Esta investigación es la primera de su tipo en demostrar una forma práctica de fabricar dispositivos nanoelectrónicos mediante una capa atómica a la vez en lugar de apilar mecánicamente capas atómicamente delgadas, ", Dijo Kim." Una estrecha colaboración entre investigadores con experiencia complementaria, como la fabricación de dispositivos, la caracterización y la teoría a escala atómica hicieron posible esta investigación ".
El efecto NDR se observó por primera vez cuando se aplicó un voltaje a estructuras hechas de capas de un átomo de espesor que consistían en varios materiales TMD diferentes. Lo que llamó la atención de los investigadores fue un pico y un valle agudos en las mediciones eléctricas donde normalmente habría una pendiente ascendente regular.
Al explicar los hallazgos, los investigadores se dieron cuenta de que estaban viendo una versión 2-D de un diodo túnel resonante, un dispositivo de mecánica cuántica que funciona a baja potencia. El equipo se dio cuenta de que habían construido el diodo tunelizador resonante más delgado del mundo, y que funcionó a temperatura ambiente.
"Este trabajo colaborativo representa un logro importante en la realización de útiles circuitos integrados 2-D. La capacidad de observar el comportamiento resonante a temperatura ambiente apunta hacia las posibilidades de métodos de fabricación de dispositivos escalables que sean más compatibles con los intereses industriales, ", Dijo Wallace." El desafío que ahora debemos abordar incluye mejorar aún más los materiales 2-D cultivados y obtener un mejor rendimiento para futuras aplicaciones de dispositivos ".
