Pietsosähköisyyttä 2D-puolijohteessa

US Department of Energyn (DOE) Berkeley Labissa toiminut tutkijaryhmä on tehnyt ensimmäiset havainnot pietsosähköisyydestä kaksiulotteisessa puolijohteessa.

Alun perin pietsosähköisyys löydettiin jo vuonna 1880 mutta nyt on kiinnostusta nanokokoluokan pietsomateriaaleille. Ne voisivat tarjota äärimmäisen pientä virrankulutusta mikroelektromekaanisille on/off-kytkimille ja muille elektronisille tietotekniikkajärjestelmille.

Kaksiulotteisista siirtymämetallien dikalkogeniiteistä (TMDC) voisi tehdä ohutta pietsosähköisyyttä koska ne säilyttävät atomirakenteensa ohuinakin rakenteina. Tämä on epätavallista, sillä ilmiö tulee useimpien aineiden ohuina rakenteina yleensä termodynaamisesti epävakaaksi koska niiden pintaenergia kasvaa.

Viimeisten parin vuoden aikana työtä johtanut Xiang Zhang ja hänen ryhmänsä ovat tehneet tutkimuksia kaksiulotteisella molybdeenidisulfidilla. Uusimmat laskelmat ennustivat pietsosähköisyyden olemassaolon TMDC-aineisissa 2D-kiteissä, johtuen niiden rikkoutuneesta inversiosymmetriasta.

Zhang ja hänen ryhmänsä käyttivät vapaasti ripustettua MoS2:n yksikerroskidettä välttääkseen kaikki alustan vaikutukset mittauksiinsa. Tulokseksi kirjautui pietsosähköinen kerroin 2,9 x 10^-10 C/m, joka on verrattavissa moniin yleisesti käytettyihin materiaaleihin, kuten sinkkioksidiin ja alumiininitridiin.

Tutkijat havaitsivat myös, että jos useita yksittäisiä kerroksia MoS2-kiteitä oli päällekkäin toistensa kanssa, pietsosähköisyys esiintyi vain parittomien kerrosten lukumäärällä (1,3,5, jne.)

Tämä löytö on mielenkiintoinen fysiikan näkökulmasta, koska mikään muu materiaali ei ole osoittanut tällaista kerrosmäärien herkkyyttä. Ilmiö saattaa olla hyödyksi sovelluksissa, joissa laitteet koostuvat mahdollisimman vähistä materiaaleista, ja laitteen jotkut alueet eivät saa olla pietsosähköisiä toteavat tutkijat tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Pietsoilmiöitä kaksiulotteisissa