Sateenvarjo atomeille

Jotta kaksiulotteista materiaalia voitaisiin hyödyntää elektroniikkakomponenteissa, sitä ei voi altistaa normaalille ympäristöilmalle, sillä jopa lyhytkin altistus johtaa hapettumiseen, joka tuhoaa sen vallankumoukselliset ominaisuudet ja tekee siitä hyödyttömän”, selittää kokeellinen fyysikko Ralph Claessen.

Complexity and Topology in Quantum Matter (ct.qmat) on Julius-Maximilians-Universität Würzburgin ja Technische Universität Dresdenin yhdessä johtama tutkimuslaitos.

Nyt tämän yhteisön tutkijat ovat onnistuneet ratkaisemaan tämän hapettumiseen liittyvän ongelman.

”Olimme kaksi vuotta etsimässä menetelmää, jolla suojapinnoite suojaa herkkää indeneenikerrosta ympäristötekijöiltä. Haasteena oli varmistaa, että tämä pinnoite ei ole vuorovaikutuksessa indeneenikerroksen kanssa”, selittää tohtoriopiskelija Cedric Schmitt.

Tämä vuorovaikutus on ongelmallista, koska erityyppisten atomien – esimerkiksi suojakerroksen ja puolijohteen – kohtaamisessa ne reagoivat kemiallisesti atomitasolla ja muuttavat materiaalia. Tämä ei ole ongelma tavanomaisissa piisiruissa, jotka sisältävät useita atomikerroksia, jättäen riittävästi kerroksia ennalleen ja siten toimintakykyiseksi.

"Yhdestä atomikerroksesta, kuten indeenistä, koostuva puolijohdemateriaali vaarantuisi normaalisti suojakalvolla. Tämä oli ylitsepääsemättömältä vaikuttava haaste, joka herätti tutkimuksellista uteliaisuuttamme, Claessen sanoo.

Elinkykyisen suojakerroksen etsiminen sai heidät tutkimaan van der Waalsin materiaaleja. Claessen selittää: "Näille kaksiulotteisille van der Waalsin atomikerroksille on ominaista vahvat sisäiset sidokset atomiensa välillä, kun taas ne sitoutuvat vain heikosti alustaan.

Esimerkiksi grafeenikerrokset voidaan helposti erottaa toisistaan ja tutkijat lähtivät toistamaan tätä ominaisuutta.

Ensimmäistä kertaa maailmanlaajuisesti Claessen ja hänen tiiminsä onnistuivat luomaan toimivan suojakerroksen kaksiulotteiselle kvanttipuolijohdemateriaalille vaarantamatta sen poikkeuksellisia kvanttiominaisuuksia.

Valmistusprosessin analysoinnin jälkeen he testasivat perusteellisesti kerroksen suojaavat ominaisuudet hapettumista ja korroosiota vastaan. "Se toimii! Näyte voidaan jopa altistaa vedelle ilman, että se vaikuttaa millään tavalla”, Claessen iloitsee. "Grafeenikerros toimii kuin sateenvarjo indeenillemme.

Würzburgin tiimi on nyt keskittynyt tunnistamaan lisää van der Waals -materiaaleja, jotka voivat toimia suojakerroksina. Lisäksi ongelmana on, että vaikka grafeeni suojaa tehokkaasti atomikerroksia ympäristötekijöitä vastaan, sen sähkönjohtavuus aiheuttaa oikosulkuriskin. Würzburgin tieteilijät työskentelevät voittaakseen nämä haasteet ja luodakseen edellytykset huomiselle atomikerrostason elektroniikalle.

Aiheesta aiemmin:

Atomintarkkaa 2D-materiaalien integrointia

Antiferromagneettisesta ferromagneettiseen topologiseen eristeeseen

Uusia yksi- ja kaksiulotteisia materiaaleja