越来越小，越来越紧凑——这是计算机芯片的发展方向，由工业驱动。这就是为什么所谓的2D材料被认为是最大的希望:它们尽可能薄，在极端情况下，它们只包含一层原子。这使得生产具有微小尺寸、高速和最佳效率的新型电子元件成为可能。
然而，有一个问题:电子元件总是由一种以上的材料组成。2D材料只有与合适的材料体系(如特殊的绝缘晶体)结合，才能得到有效利用。如果不考虑这一点，2D材料应该提供的优势是无效的。来自维也纳大学电气工程学院的一个团队正在《自然通讯》杂志上发表这些发现。
在原子尺度上达到线的末端
“今天的半导体工业使用硅和硅氧化物，”维恩大学微电子研究所的Tibor Grasser教授说。“这些材料具有非常好的电子性能。很长一段时间以来，这些材料的薄层被用来使电子元件小型化。这种方法在很长一段时间内都很有效，但在某种程度上，我们达到了自然极限。”
当硅层只有几纳米厚，以致只有几个原子层时，材料的电子性能就会严重恶化。“材料的表面表现与材料的主体不同——如果整个物体实际上只由表面组成，而不再有主体，它可以拥有完全不同的材料属性。”
因此，要想制造出超薄的电子元件，就必须改用其他材料。这就是所谓的2D材料发挥作用的地方:它们将优良的电子特性与最小的厚度结合在一起。
薄层需要薄绝缘体
“然而，事实证明，这些2D材料只是故事的前半部分，”Tibor Grasser说。“这些材料必须被放置在合适的基板上，并且在其之上还需要一层绝缘层——而且这种绝缘层必须非常薄并且质量非常好，否则你从2D材料中什么也得不到。”这就像开着一辆法拉利在泥泞的地面上，想知道为什么你不能创造一个速度记录。”
因此，在Tibor Grasser和Yury Illarionov附近，TU Wien的一个团队分析了如何解决这个问题。“工业上通常用作绝缘体的二氧化硅在这种情况下并不合适，”Tibor Grasser说。“它有一个非常无序的表面和许多自由的，不饱和键，干扰了二维材料的电子性质。”
最好是寻找一种有序的结构:该小组已经用含有氟原子的特殊晶体取得了优异的结果。带有氟化钙绝缘体的晶体管原型已经提供了令人信服的数据，其他材料仍在分析中。
“新的2D材料正在被发现。这很好，但是根据我们的研究结果，我们想要表明仅靠这一点是不够的，”Tibor Grasser说。“这些新型导电2D材料还必须与新型绝缘体结合。只有这样，我们才能真正成功地生产出新一代高效、强大的微型电子元件。”
