Die "Wundermaterial" -Entdeckung des Forschers könnte geknackte intelligente Geräte beenden

Anonim

Derzeit bestehen die meisten Teile eines Smartphones aus Silizium und anderen Verbindungen, die teuer sind und leicht kaputt gehen. Mit fast 1, 5 Milliarden Smartphones, die letztes Jahr weltweit gekauft wurden, suchen die Hersteller nach etwas, das haltbarer und weniger kostspielig ist.

Dr. Elton Santos von der School of Mathematics and Physics der Queen's University hat mit einem Team von erstklassigen Wissenschaftlern der Stanford University, der University of California, der California State University und des National Institute for Materials Science in Japan zusammengearbeitet, um neue dynamische Hybridgeräte zu entwickeln die in der Lage sind, Strom mit beispielloser Geschwindigkeit zu leiten und leicht, haltbar und einfach in großen Halbleiteranlagen herzustellen sind.

Das Team fand heraus, dass durch die Kombination von halbleitenden Molekülen C 60 mit Schichtmaterialien wie Graphen und hBN eine einzigartige Materialtechnologie hergestellt werden könnte, die das Konzept intelligenter Geräte revolutionieren könnte.

Die gewinnbringende Kombination funktioniert, weil hBN Graphen Stabilität, elektronische Kompatibilität und Isolierungsladung verleiht, während C 60 Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln kann. Jedes intelligente Gerät, das aus dieser Kombination hergestellt wird, würde von der Kombination einzigartiger Merkmale profitieren, die es auf natürliche Weise nicht gibt. Dieser Prozess, der Van-der-Waals-Feststoffe genannt wird, ermöglicht es, Verbindungen in einer vordefinierten Weise zusammen zu bringen und zusammenzufügen.

Dr. Elton Santos erklärt: "Unsere Ergebnisse zeigen, dass dieses neue" Wundermaterial "ähnliche physikalische Eigenschaften wie Silizium aufweist, aber es hat eine verbesserte chemische Stabilität, Leichtigkeit und Flexibilität, die möglicherweise in intelligenten Geräten verwendet werden könnte und viel weniger brechen würde.

"Das Material könnte auch bedeuten, dass Geräte aufgrund der Gerätearchitektur weniger Energie verbrauchen als zuvor, wodurch die Batterielebensdauer verkürzt und weniger Stromschläge verursacht werden könnten."

Er fügte hinzu: "Durch die Zusammenführung von Wissenschaftlern aus der ganzen Welt mit Fachwissen in Chemie, Physik und Materialwissenschaften konnten wir zusammenarbeiten und mithilfe von Simulationen vorhersagen, wie alle Materialien in Kombination funktionieren könnten - und letztendlich, wie diese helfen könnten löse jeden Tag Probleme.

"Diese hochmoderne Forschung ist aktuell und ein heißes Thema, an dem wichtige Akteure beteiligt sind. Dies eröffnet einen klaren internationalen Weg, um Queen auf die Roadmap für weitere herausragende Untersuchungen zu bringen."

Das Projekt begann zunächst auf der Simulationsseite, wo Dr. Santos voraussagte, dass ein solcher Zusammenbau von hBN, Graphen und C60 zu einem Festkörper mit bemerkenswerten neuen physikalischen und chemischen Eigenschaften führen könnte. Dann sprach er mit seinen Mitarbeitern Professor Alex Zettl und Dr. Claudia Ojeda-Aristizabal an der Universität von Kalifornien und der California St Universität in Long Beach (Kalifornien) über die Ergebnisse. Während des gesamten Projekts gab es eine starke Synergie zwischen Theorie und Experiment.

Dr. Santos sagte: "Es ist eine Art Traumprojekt für einen Theoretiker, da die in den Experimenten erreichte Genauigkeit bemerkenswert gut mit meinen Vorhersagen übereinstimmte und dies normalerweise nicht leicht zu finden ist. Das Modell hat mehrere Annahmen gemacht, die sich als vollständig erwiesen haben Recht."

Die Ergebnisse, die in einer der renommiertesten Zeitschriften der Welt ACS Nano veröffentlicht wurden, öffnen die Türen für die weitere Erforschung neuer Materialien. Ein Problem, das mit der aktuellen Forschung des Teams noch gelöst werden muss, ist, dass Graphen und die neue Materialarchitektur keine "Bandlücke" aufweisen, die der Schlüssel für die Einschaltvorgänge von elektronischen Geräten ist.

Das Team von Dr. Santos untersucht jedoch bereits eine mögliche Lösung - Übergangsmetalldichalkogenide (TMDs). Diese sind momentan ein heißes Thema, da sie chemisch sehr stabil sind, große Produktionsquellen und Bandlücken aufweisen, die mit denen von Silicon konkurrieren.

Er erklärt: "Durch die Verwendung dieser Ergebnisse haben wir nun ein Template erstellt, aber in Zukunft hoffen wir, ein zusätzliches Feature mit TMDs hinzuzufügen. Dies sind Halbleiter, die das Problem der Bandlücke umgehen, also haben wir jetzt einen echten Transistor am Horizont."

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