Последние работы в области 2D-материалов

Последние работы в области 2D-материалов

Выпуск 12 (6711) от 25 июня 2020 г.
РУБРИКА: ПЕРСПЕКТИВНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Двумерные материалы, такие как графен или диоксид молибдена, уже более 15 лет привлекают пристальное внимание исследователей. Причина – ​их уникальные электрические и тепловые характеристики. В последнее время популярными направлениями в области работ по 2D-материалам стали спинтроника и пьезоэлектрика.

Последние теоретические и экспериментальные достижения и явления в области изучения электронного спинового переноса в графене и связанных с ним двумерных (2D) материалах открыли увлекательную область исследований и разработок. Группа исследователей из Великобритании, Испании, Нидерландов, США, Сингапура и Швейцарии опубликовала новый обзор в области разработки компьютерных приборов на основе спинтроники, в которых графен может использоваться в качестве строительного блока электроники следующего поколения. Этот обзор сосредоточен на новых перспективах, предоставляемых гетероструктурами и возникающими в них явлениями, включая спин-орбитальные эффекты с поддержкой близости, связь спина со светом, электрическую перестраиваемость и двумерный магнетизм.

Спинтроника уже используется в ноутбуках и ПК в виде магнитных датчиков в считывающих головках накопителей на жестких дисках. Спинтроника также может использоваться при создании перспективных схем памяти – ​все более популярными становятся магнитные (магниторезистивные) ОЗУ (MRAM). Предполагается, что баллистический спиновый транспорт будет реализован в двумерных гетероструктурах даже при комнатной температуре. Такой перенос позволил бы на практике использовать квантово-механические свойства волновых функций электронов, иначе говоря – ​задействовать спины в 2D-материалах для перспективных подходов к квантовым вычислениям. Управляемый спиновый транспорт в графене и других 2D-материалах становится все более перспективным для применения в приборах. Особый интерес представляют специально разработанные гетероструктуры, известные как гетероструктуры Ван-дер-Ваальса, состоящие из этажерок двумерных материалов, сформированных в точно контролируемом порядке. Работы в области спинтроники, изучение свойств и манипуляции спинами в материалах выявили ряд новых аспектов в поведении твердых тел. Изучение фундаментальных аспектов движения спиновых несущих электронов – ​одно из наиболее активных направлений в физике конденсированных сред.



Источник: Rice University

Проявление пьезоэлектрических свойств диоксида молибдена


В целом, работы в области спинтроники в графене и связанных с ним 2D-материалах в настоящее время сосредоточены на демонстрации практических графеновых спинтронных устройств, таких как связанные наноосцилляторы для применения в космической связи, высокоскоростных радиолиниях, автомобильных радарах и межкристальных соединениях [1].

В ходе исследований 2D-материалов ученые сталкиваются с их необычными свойствами. Так, исследователи Университета Райса (Хьюстон, шт. Техас, США) обнаружили пьезоэлектрические свойства у выращенных в лабораторных условиях двумерных чешуек диоксида молибдена (MoO2). На рисунке показано, что дефекты (выделены голубым цветом) двумерного диоксида молибдена совместно с электретами, появляющимися в материале при обработке в печи, способны генерировать электрическое поле при воздействии давления.

Опыты показали, что неожиданные электрические свойства обусловлены электретами – ​электронами, захваченными дефектами, разбросанными всему материалу толщиной менее 10 нм. Как известно, электреты появляются в некоторых изолирующих материалах и могут генерировать внутренние и внешние электрические поля.

Данное явление наблюдается в чешуйках MoO2, выращенных методом химического осаждения из паровой фазы (ХОПФ). Остановка процесса выращивания на различных стадиях процесса давала исследователям некоторый контроль над плотностью дефектов (если не над их распределением). Исследователи обнаружили, что пьезоэлектрический эффект длительное время стабилен при комнатной температуре. Чешуйки MoO2 оставались стабильными при температурах до 100 °C, но их отжиг в течение трех дней при температуре 250 °C позволил устранить дефекты, и пьезоэлектрический эффект исчез [2].


1. Graphene and 2D Materials Could Move Electronics Beyond ‘Moore’s Law’. Semiconductor Digest, June 3, 2020: https://www.semiconductor-digest.com/2020/06/03/graphene-and‑2d-materials-could-move-electronics-beyond-moores-law/ 

2. 2D Oxide Flakes Pick Up Surprise Electrical Properties. Semiconductor Digest, May 8, 2020: https://www.semiconductor-digest.com/2020/05/08/2d-oxide-flakes-pick-up-surprise-electrical-properties/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ