越来越小，越来越紧凑——这是工业驱动下计算机芯片的发展方向。这就是为什么所谓的二维材料被认为是最大的希望：它们尽可能薄，在极端情况下，它们只由一层原子组成。这使得生产出尺寸小、速度快、效率最优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。二维材料只有与合适的材料系统（如特殊的绝缘晶体）结合，才能有效地使用。如果不考虑这一点，二维材料本应提供的优势就失效了。来自奥地利维也纳技术大学电子工程学院的一个团队将这些发现发表在《自然通讯》杂志上。
达到原子尺度上的终点
“今天的半导体工业使用硅和氧化硅，”TU Wien微电子研究所的Tibor Grasser教授说这些材料具有很好的电子性能。在很长一段时间里，这些材料被用来使电子元件小型化。这在很长一段时间内效果很好，但在某些时候我们达到了一个自然极限”。
当硅层只有几纳米厚，以至于它只由几个原子层组成时，材料的电子性能就会严重恶化。”材料表面的行为与材料的体积不同，如果整个物体实际上只由表面组成，而不再有体积，那么它可能具有完全不同的材料属性。”
因此，为了制造超薄的电子元件，人们不得不换用其他材料。这就是所谓的二维材料发挥作用的地方：它们结合了优良的电子性能和最小的厚度。
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说材料必须放置在适当的基板上，并且在其上还需要一个绝缘体层-而且这种绝缘体还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。这就像在泥泞的地面上开着法拉利，不知道为什么没有创下速度纪录。”
因此，在蒂博·格拉瑟和尤里·伊拉里昂诺夫周围的图温研究小组分析了如何解决这个问题。”通常工业上用作绝缘体的二氧化硅在这种情况下并不适用它有一个非常无序的表面和许多自由的，不饱和的键，干扰了二维材料的电子性质。”
最好是寻找有序的结构：研究小组已经在含有氟原子的特殊晶体上取得了出色的成果。一个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。
“目前正在发现新的二维材料。“这很好，但是根据我们的研究结果，我们想证明光靠这一点是不够的，”TiborGrasser说这些新型导电二维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、功能强大的微型电子元件”。
论文信息：Insulators for 2D nanoelectronics: the gap to bridge，Nature Communications volume 11, Article number: 3385 (2020) 。
论文下载链接：https://www.nature.com/articles/s41467-020-16640-8
