Cercetătorii valorifică puterea defectelor minuscule dintr-un material incredibil de subțire pentru a face într-o bună zi cipuri de computer care sunt mai rapide și mai eficiente decât platformele tradiționale de semiconductor de siliciu.
„Toate dispozitivele noastre electronice existente folosesc cipuri formate din siliciu, care este un material tridimensional”, a spus Shoaib Khalidfizician la Princeton Plasma Research Laboratory, în a afirmație. „Acum, multe companii investesc foarte mult în cipuri formate din materiale bidimensionale”.
Acest tip de material „bidimensional”, cunoscut sub numele de dicalcogenură de metal de tranziție (TMD), poate avea o grosime de doar câțiva atomi. Cipurile de computer fabricate din acești semiconductori ultrasubțiri ar putea permite dezvoltarea de dispozitive mai mici și mai rapide prin împachetarea mult mai multă procesare. putere pe o suprafață mai mică.
Într-un studiu publicat pe 24 mai în jurnal Materiale 2Dechipa lui Khalid a investigat dacă utilizarea TMD-urilor mai degrabă decât a siliciului poate fi o soluție la ideea că inovația cu cipuri pe bază de siliciu ar putea atinge apogeul.
Cele mai subțiri TMD-uri au o grosime de doar trei atomi și sunt aranjate ca un sandviș. „Pâinea” constă din atomi de calcogen – elemente din grupa 16 din tabelul periodic, cum ar fi oxigenul sau sulful. Atomii de metal de tranziție — din Grupurile 3-12 — alcătuiesc „umplutura”.
Legate de: „Cel mai pur siliciu din lume” ar putea duce la cipuri de calcul cuantic de primul milion de qubit
Oamenii de știință au investigat dacă ar putea valorifica imperfecțiunile mici, de dimensiunea unui atom, numite defecte în TMD-uri puțin mai groase.
În timp ce majoritatea atomilor din TMD sunt aranjați în modele ordonate, uniforme, ocazional un atom va lipsi sau va fi umplut undeva unde nu îi aparține. În ciuda numelui, defectele nu sunt neapărat un lucru rău, au spus oamenii de știință în studiu. De exemplu, unele defecte fac TMD-urile mai conductive din punct de vedere electric.
Pentru a profita de efectele pozitive ale defectelor și pentru a reduce orice consecințe negative, oamenii de știință trebuiau să înțeleagă cum apar defectele și cum afectează acestea performanța materialului. În cadrul studiului, echipa lui Khalid a determinat ce tipuri de defecte se formează cel mai ușor în TMD – și a investigat modul în care aceste defecte modelează proprietățile materialului.
Mai întâi, echipa a examinat defectele în care unul dintre atomii de calcogen lipsea. Un precedent studiu a arătat că un material TMD numit disulfură de molibden emite în mod neașteptat lumină infraroșie atunci când este iluminat. Echipa lui Khalid a descoperit că emisia de lumină infraroșie a fost declanșată de mișcarea electronilor în legătură cu spațiul în care ar trebui să fie calcogenul lipsă.
„Munca noastră oferă o strategie pentru a investiga prezența acestor posturi vacante în TMD-urile în vrac”, a spus Khalid în declarație. „Am explicat rezultatele experimentale din trecut prezentate în disulfura de molibden și apoi am prezis un lucru similar pentru alte TMD”.
Apoi, cercetătorii au studiat un tip de defect în care un atom de hidrogen suplimentar este strivit între doi atomi de metal tranzițional vecini. Hidrogenul este o impuritate comună care apare în TMD în timp ce acestea sunt în curs de formare. Atomii de hidrogen suplimentari dau mai multor – dar nu tuturor – materialelor TMD o ușoară sarcină negativă, transformându-le în semiconductori „de tip n”.
Cipurile de calculator se bazează pe combinații de semiconductori de tip n și semiconductori de tip “p” încărcați pozitiv. În timp ce oamenii de știință știau deja că unele materiale TMD pot acționa ca semiconductori de tip n, noul studiu explică de unde provine încărcătura negativă suplimentară.
Înțelegerea modului în care aceste defecte afectează performanța TMD ar putea ajuta cercetătorii să creeze cipuri de computer de generație următoare, au spus oamenii de știință în studiu. Deși cipurile TMD nu sunt încă gata să ajungă pe rafturi, companiile explorează cipuri TMD ultrasubțiri pentru a aborda operațiunile AI consumatoare de energie.