Recherche menée par le Dr Rafik Addou (de gauche à droite), Dr Moon Kim, Le Dr Robert Wallace et l'étudiant diplômé Hui Zhu ont démontré un moyen pratique de créer des dispositifs nano-électroniques une couche atomique à la fois.
Le domaine de la mécanique quantique traite des matériaux aux dimensions atomiques, et les grandes découvertes se produisent souvent à très petite échelle. Chercheurs de l'École d'ingénierie et d'informatique Erik Jonsson, en collaboration avec une équipe internationale d'ingénieurs et de scientifiques, ont découvert un phénomène qui pourrait avoir des implications majeures pour le développement de circuits et dispositifs nanoélectroniques.
Dans un article récent publié dans Communication Nature , les chercheurs décrivent pour la première fois comment grandi et empilé, les matériaux atomiquement minces peuvent présenter un effet de transport unique, appelée résistance différentielle négative, ou NDR, à température ambiante.
Le NDR est un phénomène dans lequel les électrons, en raison de leur nature ondulatoire, tunnel à travers des matériaux minces avec une résistance variable.
"Tout commence avec des matériaux appelés dichalogénures de métaux de transition, ou TMD, qui peut former une couche atomiquement mince qui se comporte comme un commutateur à semi-conducteur, " a déclaré le co-auteur, le Dr Robert Wallace, qui est professeur de science et d'ingénierie des matériaux et titulaire de la chaire Erik Jonsson Distinguished à UT Dallas. « Les TMD sont actuellement à l'étude pour voir s'ils peuvent être utilisés pour produire le nec plus ultra en matière de faible puissance, technologie des transistors à grande vitesse."
Cette exploration est intéressante pour les électroniciens intéressés par les futurs transistors. Lorsqu'il est cultivé en couches atomiquement minces, les surfaces des TMD devraient être des semi-conducteurs parfaits pour des transistors atomiquement minces, idéalement sans défauts, permettant un comportement "d'activation" et de "désactivation" ultra-rapide à très basse tension.
« Si réalisé, ces matériaux pourraient révolutionner l'industrie électronique et mieux permettre des appareils portables encore plus performants comme les smartphones et l'Internet des objets. Leur nature atomiquement mince donne naissance au concept de matériaux semi-conducteurs bidimensionnels, ", a déclaré Wallace.
Hui Zhu, étudiant diplômé de l'UT Dallas, a été co-auteur de l'article publié dans Communication Nature .
Dr Moon Kim, titulaire de la chaire Louis Beecherl Jr. et professeur de science et d'ingénierie des matériaux à l'UT Dallas, était co-auteur de l'article.
"Cette recherche est la première du genre à démontrer un moyen pratique de fabriquer des dispositifs nano-électroniques par une couche atomique à la fois plutôt que d'empiler mécaniquement des couches atomiquement minces, " a déclaré Kim. " Une étroite collaboration entre des chercheurs aux expertises complémentaires telles que la fabrication de dispositifs, la caractérisation et la théorie à l'échelle atomique ont rendu cette recherche possible."
L'effet NDR a été observé pour la première fois lorsqu'une tension a été appliquée à des structures constituées de couches d'un atome d'épaisseur composées de plusieurs matériaux TMD différents. Ce qui a attiré l'attention des chercheurs, c'est un pic et une vallée nets dans les mesures électriques où il y aurait normalement une pente ascendante régulière.
En expliquant les résultats, les chercheurs ont réalisé qu'ils voyaient une version 2D d'une diode à effet tunnel résonnante, un dispositif de mécanique quantique qui fonctionne à faible puissance. L'équipe s'est rendu compte qu'elle avait construit la diode à effet tunnel résonnante la plus fine au monde, et qu'il fonctionnait à température ambiante.
"Ce travail collaboratif représente une réalisation importante dans la réalisation de circuits intégrés 2-D utiles. La capacité d'observer le comportement résonant à température ambiante indique les possibilités de méthodes de fabrication de dispositifs évolutives qui sont plus compatibles avec les intérêts industriels, " a déclaré Wallace. " Le défi que nous devons maintenant relever comprend l'amélioration des matériaux 2-D cultivés et l'obtention de meilleures performances pour les futures applications d'appareils. "
