科学家设计一种基于2D材料的多层结构 可降低电路功耗

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科学家设计了一种基于2D材料的多层结构,该结构包括夹在六方氮化硼(hBN)层之间的二硫化钨(WS 2)层,该层显示出连续WS 2层之间的长期相互作用,具有降低电路设计的潜力。


二维材料因其有利的电子特性而在材料科学家中广受欢迎,从而使其可用于光伏,半导体和水净化。特别是2D材料的相对物理和化学稳定性使它们可以彼此“堆叠”和“集成”。

科学家设计一种基于2D材料的多层结构 可降低电路功耗

从理论上讲,这种2D材料的稳定性使得能够制造基于2D材料的结构,例如耦合的“量子阱”(CQW),相互作用的势“阱”系统或能量很少的区域,从而仅允许特定能量用于被困在其中的粒子。


CQW可用于设计谐振隧穿二极管,这是一种电子器件,具有随电流变化的负电压变化率,并且是集成电路的关键组件。此类芯片和电路是模拟神经元和负责生物脑内存存储的突触的技术中不可或缺的。


由Myoung-Jae Lee博士领导的研究小组证明了2D材料确实可以用于创建CQW。韩国大邱庆北科技学院(DGIST)设计了一种CQW系统,该系统在两个六边形氮化硼(hBN)层之间堆叠了一层二硫化钨(WS 2)层。


“ hBN是化学稳定性高的近乎理想的2D绝缘子。这使得它成为与WS2集成的理想选择,WS2被称为2D形式的半导体。” Lee教授解释说。


他们的发现发表在ACS Nano(“用于共振隧穿二极管的多层hBN / WS 2耦合量子阱中激子和Trion能量的测量”)中。


该团队测量了CQW的激子能量(包括电子和电子空穴的结合系统(不存在电子))和CQW的tri子(电子结合的激子)的能量,并将其与双层WS 2结构的能量进行比较,以确定WS的作用2 -WS 2交互。他们还测量了单个CQW的电流-电压特性以表征其行为。


他们观察到激子能量和三重子能量都逐渐减少,随着桩的数量增加,双层WS 2突然减少。他们将这些观察结果分别归因于在没有hBN的情况下的长期井间相互作用和强WS 2 -WS 2相互作用。电流-电压特性证实它的行为类似于谐振隧穿二极管。


那么,这些结果对电子产品的未来有何影响?Lee教授总结说:“我们可以使用谐振隧穿二极管来制造多值逻辑器件,这将大大降低电路复杂性并计算功耗。反过来,这可以导致低功耗电子产品的发展。”


这些发现肯定会以极低功率的半导体芯片和电路彻底改变电子行业,但更令人兴奋的是这些芯片将我们带到了哪里,因为它们可用于模仿神经元和突触的应用中,而神经元和突触在记忆中发挥作用储存在生物大脑中。因此,这种“ 2D透视图”可能是人工智能中的下一件大事。


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