Empiler des matériaux pour réaliser un avenir à faible consommation d’énergie


Une perspective 2D - empiler des matériaux pour créer un avenir à faible consommation d'énergie

Les 2D pourraient aider à inaugurer une ère de puces et de circuits semi-conducteurs de puissance. Crédit d’: Shutterstock

Les scientifiques ont conçu une structure 2D à plusieurs empilements, à base de matériaux, qui comprend du disulfure de tungstène (WS)2) Couche entre les couches hexagonales de nitrure de bore (hBN) qui montre une interaction étendue entre les WS successifs2 Couches susceptibles de réduire la complexité de la conception des circuits et la consommation d’énergie.

En raison de leurs propriétés électroniques lucratives, les matériaux 2D sont populaires auprès des scientifiques des matériaux et permettent leur utilisation dans le photovoltaïque, dans les semi-conducteurs et dans la purification de l’eau. En particulier, la relative stabilité physique et chimique des matériaux 2D permet de les «empiler» et de les «intégrer». En théorie, cette stabilité des matériaux 2D permet la production de structures matérielles 2D telles que des « puits quantiques » couplés (CQW), un système de « puits » en interaction ou des régions avec très peu d’énergie qui ne permettent que des énergies spécifiques ceux qui les composent particules piégées.

Les CQW peuvent être utilisés pour concevoir des diodes tunnel résonnantes, des dispositifs électroniques qui ont un taux de variation de tension négatif avec le courant et qui sont des composants critiques de circuits intégrés. Ces puces et circuits font partie intégrante des technologies qui émulent les neurones et les synapses responsables du stockage de la mémoire dans le cerveau biologique.

Une équipe de recherche dirigée par Myoung-Jae Lee Ph.D. a prouvé que les matériaux 2D peuvent effectivement être utilisés pour créer des CQW. de l’Institut de science et Daegu Gyeongbuk (DGIST) a conçu un système CQW qui empile un disulfure de tungstène (WS)2) Couche entre deux couches hexagonales de nitrure de bore (hBN). « hBN est un isolant 2D presque idéal avec une stabilité chimique élevée. Cela en fait le choix parfait pour l’intégration avec WS2, qui est connu comme un semi-conducteur sous forme 2D « , explique le professeur Lee. Ses résultats sont publiés dans ACS Nano.

L’équipe a mesuré l’énergie des excitons – systèmes liés constitués d’un électron et d’un trou d’électrons (absence d’électrons) – et des trions (exciton lié aux électrons) pour le CQW et les a comparés à celle de la bicouche WS2 Structures pour identifier les effets de WS2-WS2 Interaction. Ils ont également mesuré les propriétés courant-tension d’un CQW individuel pour caractériser son comportement.

Ils ont observé une diminution progressive des énergies de l’exciton et du trion avec une augmentation du nombre de déploiements et une diminution brutale de la bicouche AC.2. Ils ont attribué ces observations à une interaction à distance entre les puits et une forte WS2-WS2 Interactions en l’absence de hBN. Les propriétés courant-tension ont confirmé qu’il se comportait comme une diode tunnel résonnante.

Quel impact ces résultats ont-ils sur l’avenir de l’électronique? Le professeur Lee résume: «Nous pouvons utiliser des diodes tunnel résonantes pour produire des composants logiques à valeurs multiples qui réduisent considérablement la complexité des circuits et la consommation d’énergie de calcul. Cela peut à son tour conduire au développement de l’électronique à faible consommation d’énergie.

Ces découvertes ne manqueront pas de révolutionner l’industrie électronique avec des puces et des circuits semi-conducteurs de très faible puissance. Plus excitant, cependant, est l’endroit où ces puces peuvent nous mener, car elles peuvent être utilisées dans des applications qui imitent les neurones et les synapses qui jouent un rôle dans le stockage dans le cerveau biologique. Cette perspective 2-D pourrait donc être la prochaine grande nouveauté de l’intelligence artificielle.


De nouvelles techniques pourraient conduire à des dispositifs de stockage réinscriptibles et à l’électronique à faible consommation d’énergie


Plus d’information:
Myoung-Jae Lee et coll. Mesure des énergies d’exciton et de trion dans des puits quantiques couplés hBN / WS2 multi-empilés pour diodes tunnel résonantes, ACS Nano (2020). DOI: 10.1021 / acsnano.0c08133

Fourni par l’Institut de science et technologie Daegu Gyeongbuk

Citation: A 2-D Perspective: Stacking Materials to Realize a Low Power Future (2020, 19 novembre) a été découvert le 20 novembre 2020 sur https://phys.org/news/2020-11-d-perspective -stacking-Materials-power récupéré .html

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