Odborně-vzdělávací a zpravodajský portál z oblasti strojírenství a navazujících oborů
Články >> Integrovaný obvod o tloušťce jedné molekuly
Chcete dostávat MM Průmyslové spektrum ZDARMA až do Vaší schránky? Více informací zde.

Integrovaný obvod o tloušťce jedné molekuly

Lidstvo již zvládlo přeměňovat světlo na elektřinu a vytvořit akumulátory, v nichž nedochází k chemickým reakcím. Problémem však je, že tyto přístroje mají velmi nízkou účinnost. Nejlepších parametrů by se dosáhlo při použití polovodičů o tloušťce jediné molekuly. A ty se nyní naučili vyrábět vědci z ruského institutu MISiS, který je partnerem ruské korporace pro atomovou energii Rosatom.

Lidstvo již zvládlo přeměňovat světlo na elektřinu a vytvořit akumulátory, v nichž nedochází k chemickým reakcím. Problémem však je, že tyto přístroje mají velmi nízkou účinnost. Nejlepších parametrů by se dosáhlo při použití polovodičů o tloušťce jediné molekuly. A ty se nyní naučili vyrábět vědci z ruského institutu MISiS, který je partnerem ruské korporace pro atomovou energii Rosatom.

Pokud by bylo možné u nanomateriálů řízeně měnit šířku zakázaného pásu, což je klíčový parametr polovodičů, zásadním způsobem by to změnilo oblast nanoelektroniky polovodičů, optoelektroniky a spintroniky. Šířka zakázaného pásu je termín z fyziky pevných látek a určuje, zda materiál patří k vodičům, polovodičům nebo nevodičům, a jeho přesnou vodivost. Mohla by začít průmyslová výroba materiálů s vlastnostmi přesně vyžadovanými danou aplikací. Dnes se vyrábí z toho, co je zrovna k dispozici, takže nelze zcela přizpůsobit výrobu požadavkům spotřeby.


Ilustrační obrázek

 

Úspěch po dlouhém očekávání

To, že je možné v případě dvojrozměrných materiálů (při tloušťce jedné molekuly postrádá smysl bavit se o tloušťce a zůstává jen délka a šířka fólie) řízeně měnit optické, elektrické a magnetické vlastnosti, bylo předpovězeno před relativně dlouhou dobou. Avšak tuto teoretickou předpověď se dosud nepodařilo ověřit v praxi. První úspěch slavil až nyní tým profesora Dmitrije Golberga z institutu MISiS (Moskevský institut oceli a jejích slitin).

Výsledky své práce publikoval Golberg ve vědeckém periodiku Advanced Materials, kde popsal historicky první experiment, při němž řízeně vzniká materiál založený na částečně oxidovaném nitridu boru s přesně stanovenými vlastnostmi. Během procesu je na různé části dvojrozměrné fólie z nitridu boru nanášen kyslík, takže každý úsek má stanovenou vodivost a vlastně se na fólii „maluje“ integrovaný obvod.

Po syntéze byla změřena šířka zakázaného pásu v závislosti na obsaženém množství kyslíku a na několika vzorcích se podařilo ověřit dosažení vlastností, které předpovídala teorie.

Do týmu profesora Golberga patřily kromě MISiS také japonský ústav materiálů NIMS, pekingský vědecko-výzkumný institut, australská technická univerzita z Queenslandu. V teoretické části experimentu vědci používali superpočítač Cherry, který má k dispozici institut MISiS a praktická část proběhla v Japonsku a v Austrálii.

Za pomoci superpočítače Cherry vědci vypracovali teoretický model nového materiálu. Potom zrealizovali experiment, během nějž získali zkušební vzorky, které tomuto modelu plně odpovídaly.


Ukázka struktury  polovodiče

Potenciál nové metody

Jak je známo, polovodiče představují základ současné elektroniky a miniaturizaci podporují světoví lídři v tomto odvětví. Nový vynález umožní vyrábět například nejen mikroprocesy, ale i nanoprocesory, které budou tisíckrát menší než současné procesory. Podle výzkumníků bude jejich předností menší spotřeba energie, což umožní miniaturizovat akumulátory a používání „nic nevážící neviditelné elektroniky“ se stane reálným. Může jít například o nanokardiostimulátory, levné brýle s doplněnou virtuální realitou a jiné přístroje, jejichž výroba by dnes byla příliš drahá nebo zcela nemožná.

Zásadní změnou, díky níž se můžeme vůbec bavit o praktickém uplatnění podobných přístrojů, jsou finance. Dosud se dařilo dosahovat přesně požadované šířky zakázaného pásu dopováním uhlíku do nitridu boru, ale šlo o velmi složitý a nákladný proces. Metoda s částečnou oxidací je podstatně jednodušší a levnější, takže má větší potenciál pro reálné uplatnění.

Pavel Sorokin, vedoucí vědecký pracovník jedné z laboratoří univerzity MISiS, uvádí: „Náš vynález umožní aktivně využívat dvojrozměrné polovodiče ve fotovoltaice, optoelektronice a skladování energie.“ Avšak podle něj je cesta k průmyslovým výrobkům ještě velmi dlouhá.

Výzkum v oblasti nanomateriálů a zkoumání jejich vlastností je dnes velmi populárním tématem teoretického i experimentálního výzkumu. Lze to doložit tím, že v roce 2010 obdrželi dva ruští vědci Nobelovu cenu za výzkum grafenu. Tato dvojrozměrná struktura uhlíku představuje druhý nejpevnější známý materiál a má navíc zajímavé fyzikální vlastnosti, které ji předurčují k použití při výrobě nové generace tranzistorů a pamětí s podstatně lepšími vlastnostmi, než jsou dosažitelné dnes.

Zuzana Sommerová

sommerova@esscom.cz

//www.rosatom.ru/en/

Další články

Zajímavosti ve vědě a technice
Informační technologie/E-business
Výzkum/ vývoj
CAD/CAM/CAE/CIM
Automatizace, regulace
Převody/pohony/ložiska/spojky
Elektrotechnika a regulace
Nekonvenční technologie
Obráběcí stroje a technologie
Technologie tváření, slévárenství

Komentáře

Nebyly nalezeny žádné příspěvky













Sledujte nás na sociálních sítích: