Enkel teknikk innleder ettertraktet klasse av halvledere

Gjennombrudd i moderne mikroelektronikk er avhengig av å forstå og manipulere elektronenes bevegelse i metall. Å redusere tykkelsen på metallplater til størrelsesorden nanometer kan gi utsøkt kontroll over hvordan metallets elektroner beveger seg. Ved å gjøre det kan man gi egenskaper som ikke sees i bulkmetaller, for eksempel ultrarask ledning av elektrisitet. Nå har forskere fra Osaka University og samarbeidspartnere syntetisert en ny klasse av nanostrukturerte supergitter. Denne studien muliggjør en uvanlig høy grad av kontroll over bevegelsen av elektroner i metallhalvledere, noe som lover å forbedre funksjonaliteten til dagligdagse teknologier.

Nøyaktig justering av arkitekturen til metall nanoark, og dermed tilrettelegging for avanserte mikroelektroniske funksjoner, er fortsatt en pågående arbeidslinje over hele verden. Det har faktisk blitt delt ut flere nobelpriser på dette temaet. Forskere syntetiserer konvensjonelt nanostrukturerte supergitter—regelmessig vekslende lag av metaller, klemt sammen—fra materialer av samme dimensjon; for eksempel klemte 2D-ark. Et sentralt aspekt ved de nåværende forskernes arbeid er dens enkle fabrikasjon av heterodimensjonale supergitter; for eksempel 1D nanopartikkelkjeder klemt inn i 2D nanoark.

“Nanoskala heterodimensjonale supergitter er vanligvis utfordrende å forberede, men kan vise verdifulle fysiske egenskaper, for eksempel anisotropisk elektrisk ledningsevne,” forklarer Yung-Chang Lin, seniorforfatter. “Vi utviklet en allsidig måte å forberede slike strukturer på, og ved å gjøre dette vil vi inspirere til syntese av et bredt spekter av tilpassede overbygninger.”

Forskerne brukte Kjemisk dampavsetning-en vanlig nanofabrikasjonsteknikk i industrien – for å lage vanadiumbaserte supergitter. Disse magnetiske halvlederne viser det som er kjent som en anisotropisk anomal Hall-effekt (AHE): som betyr retningsfokusert ladningsakkumulering under magnetfeltforhold i planet (der den konvensjonelle Hall-effekten ikke observeres). Vanligvis observeres AHE kun kl ultralave temperaturer. I den nåværende forskningen ble AHE observert kl romtemperatur og høyere, opp til rundt minst kokepunktet for vann. Generering av AHE ved praktiske temperaturer vil lette bruken i dagligdagse teknologier.

“Et nøkkelløfte for nanoteknologi er dens levering av funksjoner som du ikke kan få fra bulkmaterialer,” sier Lin. “Vår demonstrasjon av en ukonvensjonell anomal Hall-effekt ved romtemperatur og høyere åpner for et vell av muligheter for fremtidig halvlederteknologi, alle tilgjengelige med konvensjonelle nanofabrikasjonsprosesser.”

Det nåværende arbeidet vil bidra til å forbedre tettheten av datalagring, effektiviteten til belysning og hastigheten til elektroniske enheter. Ved nøyaktig å kontrollere nanoskalaarkitekturen til metaller som ofte brukes i industrien, vil forskerne produsere en unik allsidig teknologi som overgår funksjonaliteten til naturlige materialer.

Artikkelen, “Heterodimensional supergitter med romtemperatur anomal Hall-effekt,” ble publisert i Natur.

---

---