De Onderzoekers MIT Produceren Elektronische Componenten van het graphene-Gelijkaardige Bisulfide van het Molybdeen

Published on August 23, 2012 at 12:16 PM

De ontdekking van graphene, een materieel enkel één atoom dat dik en uitzonderlijke sterkte en andere nieuwe eigenschappen bezit, begon een lawine van onderzoek rond zijn gebruik voor alles van elektronika aan optica aan structurele materialen. Maar het nieuwe onderzoek brengt naar voren dat enkel het begin was: Een gehele familie van tweedimensionale materialen kan nog bredere mogelijkheden voor toepassingen bieden die vele aspecten van het moderne leven konden veranderen.

Het recentste „nieuwe“ materiaal, molybdeenbisulfide (MoS2) - dat eigenlijk voor decennia is gebruikt, maar niet in zijn 2-D vorm - eerst werd beschreven enkel een jaar geleden door onderzoekers in Zwitserland. Maar in dat jaar, onderzoekers bij MIT - wie verscheidene jaren worstelde om elektronische kringen uit graphene met zeer beperkte resultaten (behalve radiofrequentietoepassingen) te bouwen - reeds zijn geslaagd in het maken van een verscheidenheid van elektronische componenten van MoS2. Zij zeggen het materiaal kon helpen nieuwe producten, van gehele muren radicaal inluiden die aan kleding met ingebedde elektronika aan glazen met de ingebouwde vertoningsschermen gloeien.

Het Diagram toont de vlak-bladstructuur van het materiaal dat door het MIT team, molybdeenbisulfide wordt gebruikt. De atomen van het Molybdeen worden getoond in wintertaling, en zwavelatomen in geel. De hoffelijkheid van het Beeld van Wang et al.

Een rapport over de productie van complexe elektronische kringen van het nieuwe materiaal was gepubliceerde online deze maand in de dagboek Nano Brieven; het document is authored door Han Wang en de gediplomeerde studenten van Lili Yu, in het Ministerie van Elektrotechniek en de Wetenschap van de Computer (EECS); Tomás Palacios, de Professor van Emmanuel E. Landsman Associate van EECS; en anderen bij MIT en elders.

Palacios zegt hij graphene denkt en MoS2 enkel het begin van een nieuw koninkrijk van onderzoek naar tweedimensionale materialen is. „Het is de opwindendste tijd voor elektronika in laatste 20 of 30 jaar,“ hij zegt. „Het stelt de deur voor een volledig nieuw domein van elektronische materialen en apparaten open.“

Als graphene, zelf is een 2-D vorm van grafiet, molybdeenbisulfide gebruikt vele jaren als industrieel smeermiddel. Maar het was nooit gezien als 2-D platform voor elektronische apparaten tot vorig jaar, toen de wetenschappers bij Zwitserse universitaire EPFL een transistor op het materiaal produceerden.

De onderzoekers MIT slingerden snel in actie: Yi-Hsien Lee, een postdoc in verwante Professor Jing Kong groep in EECS, vond een goede manier om grote bladen van het materiaal te maken gebruikend een proces van het chemische dampdeposito. Lee kwam met deze methode op de proppen terwijl het werken met Li liggen-Jong bij Academia Sinica in Taiwan en verbeterde het na komst aan MIT. Palacios, Wang en Yu plaatsten toen aan het veroorzaken van bouwstenen van elektronische kringen op de bladen die door Lee worden gemaakt, evenals op MoS2 vlokken die door een mechanische methode worden geproduceerd, die voor het werk gebruikt werden dat in het nieuwe document wordt beschreven.

Wang had geworsteld om kringen op graphene voor zijn doctorale thesisonderzoek te bouwen, maar het veel gemakkelijker gevonden om met het nieuwe materiaal te doen. Er was een „krachtig knelpunt“ aan het boeken van vooruitgang met graphene, verklaart hij, omdat dat materiaal een bandgap - het belangrijkste bezit niet heeft dat het mogelijk maakt om transistors, de basiscomponent van logica en geheugenkringen tot stand te brengen. Terwijl graphene in het eisen van manieren moet worden gewijzigd om een bandgap tot stand te brengen, MoS2 komt enkel natuurlijk met.

Het gebrek aan een bandgap, Wang verklaart, betekent dat met een schakelaar die van graphene wordt gemaakt, „u het kunt aanzetten, maar u kunt niet het uitzetten. Dat betekent u geen digitale logica kunt doen.“ Zo hebben de mensen jarenlang gezocht naar een materiaal dat wat van de buitengewone eigenschappen van graphene deelt, maar ook deze ontbrekende kwaliteit gehad - aangezien het molybdeenbisulfide doet.

Omdat het reeds wijd als smeermiddel, en dankzij aan het aan de gang zijnde werk bij MIT en andere laboratoria bij het maken van het in grote bladen wordt geproduceerd, zou verhogen van productie van het materiaal voor praktisch gebruik veel gemakkelijker dan met andere nieuwe materialen moeten zijn, zeggen Wang en Palacios.

Wang en Palacios konden een verscheidenheid van fundamentele elektronische apparaten op het materiaal vervaardigen: een omschakelaar, die een inputvoltage aan zijn tegengestelde schakelt; een NAND poort, een basislogicaelement dat kan worden gecombineerd om bijna om het even welk soort logicaverrichting uit te voeren; een geheugenapparaat, één van de belangrijkste componenten van alle computerapparaten; en een complexere kring riep een ringsoscillator, die uit 12 onderling verbonden transistors wordt samengesteld, die een precies gestemde golfoutput kunnen veroorzaken.

Palacios zegt één potentiële toepassing van het nieuwe materiaal het groot-schermvertoningen zoals televisietoestellen en computermonitors is, waar een afzonderlijke transistor elk pixel van de vertoning controleert. Omdat het materiaal enkel één molecule dik - in tegenstelling tot het hoogst gezuiverde silicium dat voor conventionele transistors wordt gebruikt en miljoenen atomen moet zijn dik - is zou een zeer grote zelfs vertoning slechts een infinitesimal hoeveelheid grondstoffen gebruiken. Dit kon kosten en gewicht potentieel drukken en energieefficiency verbeteren.

In de toekomst, kon het nieuwe soorten apparaten volledig ook toelaten. Het materiaal zou, in combinatie met andere 2-D materialen kunnen worden gebruikt, om lichtgevende apparaten te maken. In plaats van het veroorzaken van een puntbron van licht van één bol, zou een volledige muur aan gloed kunnen worden gemaakt, veroorzakend zachter, minder het schitteren licht. Op Dezelfde Manier zouden de antenne en ander schakelschema van een cellphone in stof kunnen worden geweven, die een gevoeligere antenne verstrekt die minder macht vergt en in kleding kon worden opgenomen, zegt Palacios.

Het materiaal is zo dun dat het volledig transparant is, en het kan op vrijwel een ander materiaal worden gedeponeerd. Bijvoorbeeld, zou MoS2 op glas kunnen worden toegepast, veroorzakend vertoningen die in een paar van oogglazen of het venster van een huis of een bureau worden gebouwd.

Naast Palacios, Kong, Wang, Yu en Lee, werd het werk uitgevoerd door gediplomeerde student het filiaal Hsu en MIT Yumeng Shi van Allen, met de onderzoekers Matthew Chin en Madan Dubey van het Laboratorium van het Onderzoek van het Leger van de V.S., en Li liggen-Jong van Academia Sinica in Taiwan. Het werk werd gefinancierd door het Bureau van de V.S. van ZeeOnderzoek, het Micro-elektronica Gevorderde Centrum van de Nadruk van het Bedrijf van het Onderzoek voor Materialen, de Nationale Stichting van de Wetenschap en het Laboratorium van het Onderzoek van het Leger.

Bron: MIT

Last Update: 23. August 2012 13:25

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit