Согласно международному сотрудничеству, которое разработало способ производства новых, идеализированных двумерных полупроводниковых материалов, третье измерение может быть ответственным за предотвращение того, чтобы электроника становилась тоньше, меньше и гибче. Свой подход они опубликовали 3 июня в Nano Research.

Исследователи под руководством Линь Чжоу, адъюнкт-профессора химии Шанхайского университета Цзяо Тонг в Китае, сосредоточились на арсениде индия (InAs), полупроводнике с узкой запрещенной зоной, обладающем свойствами, полезными для высокоскоростной электроники и высокочувствительных инфракрасных фотодетекторов. В отличие от большинства существующих двумерных материалов со слоистой структурой, проблема, по словам Чжоу, заключается в том, что InAs обычно имеет трехмерную решетчатую структуру, что затрудняет преобразование в сверхтонкие двумерные пленки для передовых электронных и оптоэлектронных приложений.

«Выращивание больших ультратонких двумерных неслоистых материалов было сложной задачей , но ее стоит решить. Благодаря высокой мобильности и настраиваемой запрещенной зоне двухмерные кристаллы InAs могут стать важным материалом для высокопроизводительной наноэлектроники следующего поколения, нанофотоника и квантовые устройства», — сказал Чжоу. «Он обладает преимуществами обоих InAs, такими как высокая подвижность носителей, небольшой и прямой размер запрещенной зоны, и 2D-материалы, которые имеют ультратонкую природу, подходящую для устройств небольшого размера, являются гибкими и прозрачными». Эта работа также предлагает многообещающий способ дальнейшего расширения группы 2D-полупроводников за счет включения материалов с неслоистой структурой.

Исследователи воспользовались слабым атомным притяжением, известным как сила Ван-дер-Ваальса, при эпитаксиальном росте. Сила описывает, как нейтральные молекулы могут соединяться друг с другом, в то время как эпитаксия предполагает нанесение слоя одного материала на кристаллоподобную подложку. Используя в качестве подложки атомарно-плоскую слюду, которая естественным образом слоистая, исследователи вырастили тонкий слой InAs. Молекулы в слюдяной подложке и молекулы в InAs притягиваются друг к другу достаточно, чтобы соединиться, предотвращая рост InAs в трехмерную решетку. Кроме того, рост Ван-дер-Ваальса обеспечивает отсутствие деформации и дислокаций несоответствия в выращенных 2D InAs. InAs может быть невероятно тонким с желаемыми свойствами.

Чжоу также отметил, что InAs и подложка не образуют ковалентной связи, поэтому их можно разделить и повторно использовать подложку, что делает процесс синтеза более экономичным.

«Мы также обнаружили, что можем настраивать свойства 2D InAs, изменяя толщину материала благодаря эффекту квантового ограничения», — сказал Чжоу. «Двумерные InAs легко адаптировать для достижения желаемых свойств и интеграции с другими соединениями. Помимо управления толщиной во время синтеза, мы также можем комбинировать 2D InAs с другими двумерными материалами для формирования гетеропереходов для многофункциональных характеристик, что дает им значительные преимущества в электроника и фотогальваника».

Окончательный двумерный материал InAs имеет форму треугольных чешуек толщиной примерно пять нанометров. Это примерно 0,0007 размера одного эритроцита. По словам Чжоу, чем тоньше материал, тем меньшие по размеру устройства в конечном итоге будут из него состоять.

«До этой работы не сообщалось о высококачественном 2D-InAs толщиной менее 10 нанометров, не говоря уже о масштабируемом синтезе 2D-монокристаллов InAs с уникальными оптическими и электронными свойствами», — сказал Чжоу. «Наша работа прокладывает путь к миниатюризации устройств на базе InAs и интеграции».

Затем Чжоу сказал, что команда будет исследовать новый 2D-полупроводник для дальнейшего роста с конечной целью достижения масштабируемого синтеза высококачественных 2D-материалов на больших площадях для многофункциональных приложений.