Los materiales 2-D podrían ayudar a marcar el comienzo de una era de circuitos y chips semiconductores de baja potencia. Crédito:Shutterstock
Los científicos han diseñado una estructura de apilamiento múltiple basada en material 2-D que comprende disulfuro de tungsteno (WS 2 ) capa intercalada entre capas hexagonales de nitruro de boro (hBN) que muestra una interacción de largo alcance entre WS sucesivas 2 capas con potencial para reducir la complejidad del diseño de circuitos y el consumo de energía.
Los materiales 2-D han sido populares entre los científicos de materiales debido a sus lucrativas propiedades electrónicas, permitiendo sus aplicaciones en fotovoltaica, semiconductores, y purificación de agua. En particular, la relativa estabilidad física y química de los materiales 2-D permite que se "apilen" e "integren" entre sí. En teoria, esta estabilidad de los materiales 2-D permite la fabricación de estructuras basadas en materiales 2-D como "pozos cuánticos" acoplados (CQW), un sistema de "pozos potenciales" que interactúan, "o regiones con muy poca energía, que permiten solo energías específicas para las partículas atrapadas dentro de ellas.
Los CQW se pueden utilizar para diseñar diodos de efecto túnel resonantes, Dispositivos electrónicos que exhiben una tasa negativa de cambio de voltaje con la corriente y son componentes cruciales de los circuitos integrados. Dichos chips y circuitos son parte integral de las tecnologías que emulan las neuronas y las sinapsis responsables del almacenamiento de la memoria en el cerebro biológico.
Demostrando que los materiales 2-D se pueden utilizar para crear CQW, un equipo de investigación dirigido por Myoung-Jae Lee Ph.D. del Instituto de Ciencia y Tecnología de Daegu Gyeongbuk (DGIST) diseñó un sistema CQW que apila un disulfuro de tungsteno (WS 2 ) capa entre dos capas hexagonales de nitruro de boro (hBN). "hBN es un aislante 2-D casi ideal con alta estabilidad química. Esto lo convierte en una opción perfecta para la integración con WS 2 , que se sabe que es un semiconductor en forma 2-D, ", explica el profesor Lee. Sus hallazgos están publicados en ACS Nano .
El equipo midió la energía de los excitones (sistemas unidos que comprenden un electrón y un agujero de electrones (ausencia de electrón)) y triones (excitón unido a electrones) para el CQW y los comparó con el de WS de dos capas. 2 estructuras para identificar el efecto de WS 2 -WS 2 Interacción. También midieron las características de corriente-voltaje de un solo CQW para caracterizar su comportamiento.
Observaron una disminución gradual tanto en la energía del excitón como en la del trión con un aumento en el número de apuestas, y una abrupta disminución en la bicapa WS 2 . Atribuyeron estas observaciones a una interacción entre pozos de largo alcance y un fuerte WS 2 -WS 2 interacciones en ausencia de hBN, respectivamente. Las características de corriente-voltaje confirmaron que se comporta como un diodo túnel resonante.
Entonces, ¿qué implicaciones tienen estos resultados para el futuro de la electrónica? El profesor Lee resume, "Podemos utilizar diodos de efecto túnel resonantes para fabricar dispositivos lógicos de varios valores que reducirán considerablemente la complejidad del circuito y el consumo de energía de cálculo. Esto, Sucesivamente, puede conducir al desarrollo de la electrónica de baja potencia ".
Estos hallazgos seguramente revolucionarán la industria electrónica con chips y circuitos semiconductores de potencia extremadamente baja. pero lo más emocionante es adónde pueden llevarnos estos chips, ya que pueden emplearse en aplicaciones que imitan neuronas y sinapsis, que juegan un papel en el almacenamiento de memoria en el cerebro biológico. Esta perspectiva 2-D puede ser, por tanto, la próxima gran novedad en inteligencia artificial.
