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MIT-Forscher Produzieren Elektronische Bauelemente aus Graphene Ähnlichem Molybdän-Disulfid

Published on August 23, 2012 at 12:16 PM

Die Entdeckung von graphene, Material die starke und besitzende außergewöhnliche Stärke von gerade einem Atom und andere neue Eigenschaften, begann eine Lawine der Forschung um seinen Gebrauch für alles von Elektronik zu Optik zu den strukturellen Materialien. Aber neue Forschung schlägt vor, die gerade der Anfang war: Eine ganze Familie von zweidimensionalen Materialien erschließt möglicherweise sogar breitere Möglichkeiten für Anwendungen, die viele Aspekte der modernen Lebensdauer ändern konnten.

Vor das späteste „neue“ Material, Molybdändisulfid (2MOS) - das wirklich für Jahrzehnte verwendet worden ist, aber nicht in seiner 2-D Form - wurde zuerst gerade einem Jahr von den Forschern in der Schweiz beschrieben. Aber mit diesem Jahr, haben Forscher an MIT - wer kämpfte, damit einige Jahre elektronische Schaltungen aus graphene mit sehr begrenzten Ergebnissen heraus (außer Hochfrequenzanwendungen) aufbauen - bereits gefolgt, mit, eine Vielzahl von elektronischen Bauelementen von MOS zu machen2. Sie sagen, dass das Material helfen könnte, in den radikal neuen Produkten, von den ganzen Wänden hineinzuführen, die zur Kleidung mit eingebetteter Elektronik zu den Gläsern mit eingebauten Bildschirmen glühen.

Diagramm zeigt die Flachblatt Zelle des Materials, das durch das MIT-Team, Molybdändisulfid verwendet wird. Molybdänatome werden in der Knickente und in den Schwefelatomen im Gelb gezeigt. Bildhöflichkeit von Wang et al.

Ein Bericht über die Produktion von komplexen elektronischen Schaltungen vom neuen Material wurde Onlinedieser monat in den Zapfen Nano-Schreiben veröffentlicht; das Papier wird von Han Wang und von Lili Yu, Studenten im Aufbaustudium in der Abteilung der Elektrotechnik und der Informatik (EECS) geschrieben; Tomás Palacios, der Außerordentliche Professor Emmanuel E. Landsman von EECS; und andere an MIT und anderswo.

Palacios sagt, er denkt, dass graphene und MOS2 gerade der Anfang eines neuen Reichs der Forschung auf zweidimensionalen Materialien sind. „Es ist die aufregendste Zeit für Elektronik in den letzten 20, oder 30 Jahre,“ sagt er. „Sie erschließt die Klappe zu einem vollständig neuen Gebiet von elektronischen Materialien und von Einheiten.“

Wie graphene selbst ist ein 2-D Formular des Graphits, Molybdändisulfid jahrelang als industrielles Schmiermittel verwendet worden. Aber es war nie als 2-D Plattform für elektronische Geräte bis letztes Jahr gesehen worden, als Wissenschaftler an der Schweizer Universität EPFL einen Transistor auf dem Material produzierten.

MIT-Forscher schwangen schnell in eine Tat: Yi-Hsien Lee, ein postdoc in Gruppe Jing Kongs des außerordentlichen Professors in EECS, fand eine gute Methode, große Blätter vom Material unter Verwendung eines chemischen Bedampfenprozesses zu machen. Lee fand diese Methode beim Arbeiten mit Gelegenem-Jong Li an Academia Sinica in Taiwan und ihm nachdem er zu MIT verbessert gekommen war. Palacios, Wang und Yu stellten dann auf das Produzieren von Bausteinen von elektronischen Schaltungen auf den Blättern ein, die von Lee gemacht wurden, sowie auf MoS2 produzierten Flocken durch eine mechanische Methode, die für die Arbeit verwendet wurden, die im neuen Papier beschrieben wurde.

Wang hatte gekämpft, um Schaltungen auf graphene für seine Doktorarbeitforschung aufzubauen, aber gefunden ihm viel einfacher, mit dem neuen Material zu tun. Es gab einen „stämmigen Engpass“ zur Herstellung des Fortschritts mit graphene, erklärt er, weil dieses Material ein bandgap - das Schlüsseleigentum ermangelt, das es möglich, Transistoren, das grundlegende Bauteil von Logik und die Speicher zu erstellen macht. Während graphene auf anspruchsvolle Arten geändert werden muss, um ein bandgap zu erstellen, kommt MoS2 gerade natürlich mit einem.

Das Fehlen von einem bandgap, Wang erklärt, bedeutet, dass mit einem Schalter, der vom graphene, „Sie hergestellt wird, es einschalten können, aber Sie es nicht abstellen können. Das bedeutet, dass Sie digitale Logik nicht tun können.“ So haben Leute für die Jahre, die nach einem Material suchen, das einige von den außerordentlichen Eigenschaften der graphenes teilt, aber haben auch diese fehlende Qualität - wie Molybdändisulfid tut.

Weil es bereits breit als Schmiermittel und dank laufende Arbeit an MIT und an anderen Labors auf der Herstellung es in große Blätter produziert wird, sollte die Gradeinteilung herauf Produktion des Materials für praktischen Gebrauch als viel einfacher sein, mit anderen neuen Materialien, Wang und Palacios sagen.

Wang und Palacios waren in der Lage, eine Vielzahl von grundlegenden elektronischen Geräten auf dem Material zu fabrizieren: ein Umformer, der eine Eingangsspannung zu seinem Gegenteil schaltet; ein Nand-Gatter, ein grundlegendes Schaltelement, das kombiniert werden kann, um fast irgendeine Art logische Verknüpfung durchzuführen; ein größtintegriertes Speicherbauelement, eine der Schlüsselkomponenten aller Computereinheiten; und eine komplexere Schaltung genannt einen Ringoszillator, gebildet von 12 verbundenen Transistoren, die eine genau justierte Wellenausgabe produzieren können.

Palacios sagt, dass eine mögliche Anwendung des neuen Materials Großbildschirme wie Fernseher und Computerüberwachungsgeräte ist, in denen ein unterschiedlicher Transistor jedes Pixel der Bildschirmanzeige steuert. Weil das Material gerade ein Molekül dick ist - anders als das in hohem Grade gereinigte Silikon, das für herkömmliche Transistoren verwendet wird und Millionen Atome dick sein muss - sogar, würde eine sehr große Bildschirmanzeige nur eine Infinitesimalmenge der Rohstoffe verwenden. Dieses konnte Kosten und Gewicht möglicherweise verringern und Energieeffizienz verbessern.

In der Zukunft könnte es völlig neue Arten von Einheiten auch aktivieren. Das Material konnte, im Verbindung mit anderen 2-D Materialien verwendet werden, um lichtemittierende Einheiten herzustellen. Anstatt, eine Punktlichtquelle aus einer Küvette zu produzieren, konnte eine gesamte Wand hergestellt werden, um zu glühen und weicher produzieren, weniger grelles Licht. Ähnlich würden stellten die Antenne möglicherweise und anderer Schaltkreis eines Mobiltelefons in das Gewebe gesponnen und eine viel empfindlichere Antenne, die weniger Leistung benötigt und in Kleidung integriert werden könnte bereit, Palacios sagt.

Das Material ist so dünn, dass es vollständig transparent ist, und es kann auf praktisch sonstigem Material abgegeben werden. Zum Beispiel konnte2 MOS am Glas angewendet werden und die Bildschirmanzeigen produzieren, die in ein Paar von Brillen oder von Fenster eines Hauses oder des Büros aufgebaut wurden.

Zusätzlich zusätzlich Palacios, zusätzlich Kong, zusätzlich Wang, zusätzlich Yu und zu Lee wurde die Arbeit vom Studenten im Aufbaustudium Allen HSU und VON MIT-Teilnehmer Yumeng Shi, mit US-Armee-Forschungslaborforschern Matthew Chin und Madan Dubey und Gelegenes-Jong Li von Academia Sinica in Taiwan ausgeführt. Die Arbeit wurde durch das US-Büro der MarineForschung, die Fokus-Mitte Microelectronics Advanced Research Corporation für Materialien, die National Science Foundation und das Armee-Forschungslabor finanziert.

Quelle: MIT

Last Update: 23. August 2012 13:25

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