نوید کاهش مصرف انرژی با ساختارهای دوبعدی الکترونیکی

مواد دوبعدی به‌دلیل ویژگی‌های جالب ‌توجه الکترونیکی خود به مواد محبوب در میان پژوهشگران تبدیل شده‌اند و به آن‌ها امکان استفاده از مواد دوبعدی را در حوزه‌های فتوولتائیک، نیمه‌هادی‌ها و تصفیه آب را می‌‌دهد.

پایداری فیزیکی و شیمیایی مواد دو‌بعدی باعث می‌شود تا آن‌ها با یکدیگر «انباشته» و «یکپارچه» شوند. از نظر تئوری، این پایداری مواد دو‌بعدی امکان ساخت ساختارهای دوبعدی مبتنی بر موادی مانند «چاه‌های کوانتومی» (CQWs) را فراهم می‌کند.

از CQW می‌توان برای طراحی دیودهای تونل‌زنی رزونانسی استفاده کرد، دستگاه‌های الکترونیکی که نرخ منفی تغییر ولتاژ با جریان را نشان می‌دهند و از اجزای مهم مدارهای مجتمع هستند. این تراشه‌ها و مدارها در فناوری‌هایی که از سلول‌های عصبی و سیناپس‌های مسئول ذخیره‌سازی حافظه در مغز بیولوژیکی تقلید می‌کنند، قابل استفاده هستند.
یک تیم تحقیقاتی به رهبری دکتر میونگ-جائه لی از موسسه علوم و فناوری دائگو جیونگبوک (DGIST) با اثبات اینکه می‌توان از مواد دوبعدی برای ایجاد CQW استفاده کرد، یک سیستم CQW طراحی کردند که یک لایه دی‌سولفید تنگستن (WS۲) را بین دو شش ضلعی قرار می‌دهد. لایه‌های نیترید بور هگزاگونالی (hBN) یک عایق دو بعدی تقریباً ایده‌آل با پایداری شیمیایی بالا است. این امر آن را به گزینه‌ای مناسب برای ادغام با WS۲ تبدیل می‌کند که به‌عنوان یک نیمه‌هادی دوبعدی شناخته می‌شود.

نتایج یافته‌های این گروه در نشریه ACS Nano منتشر شده‌ است.

این تیم تحقیقاتی انرژی اکسیتون‌ها، سیستم‌های تشکیل شده از یک الکترون و یک حفره و تریون‌ها (اکسیتون متصل به الکترون) را برای CQW اندازه‌گیری کرده و آن‌ها را با ساختارهای دو لایه WS۲ مقایسه کردند تا اثر برهم‌کنشی WS۲ را شناسایی کنند. آن‌ها همچنین مشخصات ولتاژ/جریان یک CQW واحد را اندازه‌گیری کردند تا رفتار آن را مشخص کنند.

نتایج آن‌ها کاهش تدریجی انرژی اکسیتون و تریون را با افزایش تعداد پشته‌ها و کاهش ناگهانی دو لایه WS۲ را مشاهده کردند. آن‌ها این مشاهدات را به ترتیب به برهمک‌نش بین چاه و برهم‌کنش شدید WS۲-WS۲ در غیاب hBN نسبت دادند.

این یافته‌ها می‌تواند منجر به تولید و استفاده از تراشه‌ها و مدارهای نیمه‌هادی کم مصرف شده و انقلابی در صنعت الکترونیک ایجاد کند.