《2D锑有望成为后硅电子产品》

  • 来源专题:纳米科技
  • 编译者: 郭文姣
  • 发布时间:2019-11-07
  • 并不是德州所有的东西都比较大——有些东西真的非常非常小。得克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的一群工程师可能已经发现了一种制造更小电脑芯片的新材料,这种芯片可能会取代硅,并有助于克服科技行业几十年来面临的最大挑战之一:摩尔定律(Moore's Law)的必然终结。

    1965年,英特尔(Intel)创始人戈登•摩尔(Gordon Moore)曾预测,一块电脑芯片上可容纳的晶体管数量每两年将增加一倍,而电脑成本将降低一半。近四分之一个世纪过去了,摩尔定律仍然惊人地准确。除了一个小故障。

    硅因其广泛的实用性和理想的半导体性能而被广泛应用于大多数电子器件中。但是芯片已经缩小到硅不再能够承载更多的晶体管。因此,工程师们认为,摩尔定律的时代可能即将结束,至少硅是这样。现有芯片上没有足够的空间让晶体管的数量翻倍。

    科克雷尔工程学院的研究人员正在寻找其他具有半导体特性的材料,以作为替代芯片的基础。德克萨斯大学德克萨斯材料研究所(Texas Materials Institute)的成员、沃克机械工程学院(Walker Department of Mechanical Engineering)的助理教授刘元月(音)可能发现了这种材料。

    在《美国化学学会期刊》上发表的一篇论文中,刘和他的团队、博士后研究员龙成和研究生张辰木概述了他们的发现,即以2D形式存在的化学元素锑可以作为硅的合适替代品。

    锑是一种半金属,已经被用于一些半导体设备的电子产品中,比如红外探测器。作为一种材料,它只有几个原子层厚,具有高电荷迁移率——电荷在电场的作用下通过材料的速度。锑的电荷迁移率比其他类似尺寸的半导体(包括硅)高得多。这一特性使其有望成为后硅电子元件的基础材料。

    刘只是通过理论计算方法证明了它的潜力,但他相信在用物理锑样品测试时,它可以表现出相同的性能,这是该团队的下一步。但这些发现的意义远不止于简单地找出一种硅的潜在替代品,以便在未来维持摩尔定律的竞赛中取而代之。

    “更重要的是,我们发现了锑流动性高的物理来源,”刘说。“这些发现可能被用来发现更好的材料。”

    ——文章发布于2019年11月4日

相关报告
  • 《探索 | 双激子结合能可用于电子产品》

    • 来源专题:光电情报网信息监测服务平台
    • 编译者:husisi
    • 发布时间:2022-03-15
    • 澳大利亚墨尔本斯威本科技大学的研究人员首次使用先进的光谱技术量化了两个激子结合成双激子状态所需的能量。他们与澳大利亚国立大学的研究人员合作,直接测量二硫化钨 (WS2) 中的双激子结合能,二硫化钨 (WS2) 是一种二维材料,属于过渡金属二硫化物 (TMDC) 半导体家族。该研究发表在《2D Materials》上。 该团队表示,其研究结果可用于开发基于 TMDC 中双激子流的未来应用。 研究人员使用双量子多维相干光谱 (2Q-MDCS),一种用于探测双激发态的技术,来识别和分离单层 WS2 中的光激发双激子。为了明确地测量原子级薄 TMDC 材料中的双激子特征,研究人员运行了一系列具有精确控制的相位关系和明确定义的波矢量的超短光脉冲。 斯威本教授杰夫戴维斯说,“通过使用具有高精度的多个脉冲,我们可以选择性地直接探测双激发双激子状态,同时消除单激发激子状态的任何贡献,2Q-MDCS 方法使研究人员能够对双激子结合能进行直接实验测量。这种直接激发双激子的能力对于光致发光光谱等更常见的技术是无法实现的。” 图注:杰夫•戴维斯教授是量化双激子结合能研究的通讯作者,他领导的Swinburne超快光谱实验室。该大学的研究人员使用先进的光谱方法量化了两个激子结合成双激子态所需的能量。这项工作对开发新的量子材料和量子模拟器具有重要意义 当研究人员使用 2Q-MDCS 观察双激子时,相关激子会产生一个信号,相关激子是相互作用但未结合的激子对。研究人员认为未结合的双激子状态和双激子之间的能量差是双激子结合能的基本定义,测量值为 26 ± 2 meV。 “双激子峰和相关的双激子峰之间的能量差是测量双激子结合能的最佳手段,”研究员 Mitchell Conway 说。 “这是一个令人兴奋的观察,因为其他光谱技术没有观察到这些相关的激子。” 此外,研究人员还确定了单层 WS2 中双激子的性质。当使用 2Q-MDCS 解析双激子峰时,他们观察到由两个自旋相反的亮激子组成的双激子,称为亮-亮间隔双激子。 相比之下,报告单层 WS2 中的双激子的光致发光测量无法识别所涉及的特定激子。以前用于识别双激子的技术仅限于测量来自双激子到激子跃迁的光子。这种转变可能无法反映双激子或激子相对于基态的精确能量。 除了增加对双激子动力学和特征能量尺度的科学理解之外,该发现还可以支持基于双激子的设备的开发,例如更紧凑的激光器和化学传感器。 由于材料的维度降低,激子和激子复合物(例如双激子)的结合能在二维材料中得到增强。这种增加的结合能使双激子更容易获得,即使在室温下也是如此,并为一系列低能技术引入了在新材料中使用双激子的可能性。 康威说,“在我们将这些二维材料应用于下一代低能电子设备之前,我们需要量化驱动其功能的基本特性,准确识别单层半导体中双激子特征的能力也有助于推进新量子材料和量子模拟器的开发。”
  • 《喜讯!这种新材料问世,你可以放心的玩电子产品了》

    • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
    • 编译者:冯瑞华
    • 发布时间:2020-08-17
    • 当你走在路上,看见地上有垃圾,你会怎么办? 你可以把它踢到一边,但它还是会在那里继续恶心人。 但如果你把它捡起来丢进垃圾桶,然后深藏功与名,保护了环境,你就是最靓的仔! 这就是把垃圾踢到一边与捡起来的区别! 这是我们用眼睛能看见的垃圾污染,而世界上还有一些我们看不见的污染,比如说,电磁污染。 21世纪以来,随着科学技术的飞速发展,电磁微波理论得到了深入研究,越来越多的电子产品设备及系统得到开发应用,进入了人们的日常生活,但它为我们服务丰富我们生活的同时,也在时时刻刻向自由空间发射着电磁辐射。这些无用电磁波会对设备产生干扰,改变着人们看不见的环境,甚至会对人体造成伤害。随着电子产品越来越多,电磁干扰也越来越严重,因此如何消除电磁干扰有着非常大的意义。 对于电磁干扰,人们倾向于用屏蔽材料对抗电磁干扰,例如直接用铜笼罩住整个电路板,或者外加金属箔片屏蔽单独组件。然而,这无疑会大大增加设备的体积和总重量。 另外,此前大多数电磁干扰屏蔽材料虽然可以通过反射电磁波来保护元件,但它们无法解决环境中的电磁污染的传播问题。 近日,德雷克塞尔大学的工程师发现,一种名为碳氮化钛的二维材料是一种很好的屏蔽材料,这得益于其吸收而非反射电磁波的能力。这是比单纯的反射波更可持续的处理电磁污染的方法,因为反射波仍然会损坏其他没有屏蔽的设备。 这,就像是把垃圾踢开和捡起垃圾的区别! 据悉,早在2011年德雷克塞尔大学首先制备了碳化钛二维材料,并发现这种材料具有许多特殊的性能,包括高强度、高导电性和分子过滤能力。碳化钛的特殊特性是,在当时,它能比任何已知材料更有效地阻挡和吸收电磁干扰,包括目前大多数电子设备中使用的金属箔。 后来,当德雷克塞尔大学继续考察该家族的其他成员时,他们发现了碳氮化钛更优异的特性,使其成为屏蔽电磁干扰的更有前途的候选材料。 他们认为:与碳化钛相比,碳氮化钛具有非常相似的结构,除了其中一个用氮原子取代了一半的碳原子外,它们实际上是相同的,但碳化钛的导电性要差一个数量级。 这也意味着,碳氮化钛可以用来单独涂覆设备内部的组件,以遏制它们的电磁辐射,即使它们被紧密放置在一起。像苹果这样的公司几年来一直在尝试这种遏制策略,但成功率受限于铜箔的厚度。随着设备设计者努力通过将设备变得更小、更不显眼、更集成化来使其无处不在,这种策略很可能成为新的标准。 其实,不止德雷克塞尔大学在这方面研究,像我国北京工业大学等科研院所在此方面也有深入的研究。 随着电子产品、电子系统、军事对抗等领域的不断创新与发展,对于电磁吸波材料的要求也越来越严格,在满足“薄、轻、宽、强”的同时,还要适应复杂多变的环境,如高温、酸碱、强磁环境等。碳化钛以及碳氮化钛因抗氧化性强,耐酸碱的优点,今后在高温电磁吸波材料领域必会被广泛应用。 参考来源: [1]洪祥云.掺杂氮化钛粉体电磁特性及高温吸波性能 [2]《科学》杂志