Semiconductor Electrically Connected To Superconductor 777x777 2 2
Thông tin công nghệ

Lần đầu tiên các chất bán dẫn siêu mỏng được trang bị với các tiếp điểm siêu dẫn

Một lớp của molypden disulfide (MoS2) được kẹp giữa hai lớp bảo vệ của boron nitride (hBN), với các tiếp điểm molypden rheni (MoRe) kéo dài qua lớp trên. Một lớp graphene (cổng) được sử dụng để điều khiển điện. Nhà cung cấp hình ảnh: Mehdi Ramezani, Viện Khoa học nano Thụy Sĩ, Đại học Basel

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu của Đại học Basel đã trang bị một chất bán dẫn siêu mỏng với các tiếp điểm siêu dẫn. Những vật liệu cực kỳ mỏng với các đặc tính điện tử và quang học mới lạ này có thể mở đường cho các ứng dụng chưa từng được tưởng tượng trước đây. Kết hợp với các chất siêu dẫn, chúng được cho là sẽ tạo ra các hiện tượng lượng tử mới và được sử dụng trong công nghệ lượng tử.

Cho dù trong điện thoại thông minh, tivi hay công nghệ xây dựng, chất bán dẫn đóng một vai trò trung tâm trong thiết bị điện tử và do đó trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Ngược lại với kim loại, có thể điều chỉnh độ dẫn điện của chúng bằng cách đặt một hiệu điện thế và do đó có thể bật và tắt dòng điện.

Với mục tiêu hướng tới các ứng dụng trong tương lai trong điện tử và công nghệ lượng tử, các nhà nghiên cứu đang tập trung vào việc phát triển các thành phần mới bao gồm một lớp duy nhất (đơn lớp) của vật liệu bán dẫn. Một số vật liệu tự nhiên có đặc tính bán dẫn có các lớp đơn lớp như vậy, xếp chồng lên nhau để tạo thành một tinh thể ba chiều. Trong phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu có thể tách các lớp này – không dày hơn một phân tử đơn lẻ – và sử dụng chúng để chế tạo các linh kiện điện tử.

Các tính chất và hiện tượng mới

Những chất bán dẫn siêu mỏng này hứa hẹn mang lại những đặc điểm độc đáo mà nếu không thì rất khó kiểm soát, chẳng hạn như việc sử dụng điện trường để ảnh hưởng đến mômen từ của các electron. Ngoài ra, các hiện tượng cơ lượng tử phức tạp diễn ra trong các đơn lớp bán dẫn này có thể có ứng dụng trong công nghệ lượng tử.

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu SNI (Đại học Basel) đã trang bị một chất bán dẫn mỏng nguyên tử với các tiếp điểm siêu dẫn. Trong video này, họ cho thấy quá trình chế tạo công phu. Nhà cung cấp hình ảnh: C. Möller và M. Ramezani, Viện Khoa học nano Thụy Sĩ, Đại học Basel

Các nhà khoa học trên toàn thế giới đang tìm hiểu làm thế nào những chất bán dẫn mỏng này có thể xếp chồng lên nhau để tạo thành vật liệu tổng hợp mới, được gọi là dị cấu trúc van der Waals. Tuy nhiên, cho đến nay, họ vẫn chưa thành công trong việc kết hợp một lớp đơn lớp như vậy với các tiếp điểm siêu dẫn để tìm hiểu sâu hơn về các tính chất và đặc thù của vật liệu mới.

Địa chỉ liên hệ siêu dẫn

Một nhóm các nhà vật lý, dẫn đầu bởi Tiến sĩ Andreas Baumgartner trong nhóm nghiên cứu của Giáo sư Christian Schönenberger tại Viện Khoa học nano Thụy Sĩ và Khoa Vật lý của Đại học Basel, hiện đã lắp một lớp đơn lớp của molypden disulfide bán dẫn với các tiếp điểm siêu dẫn cho lần đầu tiên. (xem hộp)

Lý do tại sao sự kết hợp giữa chất bán dẫn và chất siêu dẫn này lại thú vị đến vậy là các chuyên gia kỳ vọng các thành phần của loại này sẽ thể hiện những đặc tính và hiện tượng vật lý mới. Baumgartner, người quản lý dự án của nghiên cứu giải thích: “Trong một chất siêu dẫn, các electron tự sắp xếp thành từng cặp, giống như các đối tác trong một điệu nhảy – với những hậu quả kỳ lạ và tuyệt vời, chẳng hạn như dòng điện chạy qua mà không có điện trở,” Baumgartner, người quản lý dự án của nghiên cứu giải thích. “Mặt khác, trong chất bán dẫn molypden disulfide, các electron thực hiện một điệu nhảy hoàn toàn khác, một thói quen độc tấu kỳ lạ cũng kết hợp các mômen từ của chúng. Bây giờ chúng tôi muốn tìm ra những vũ điệu mới và kỳ lạ nào mà các electron đồng ý với nhau nếu chúng tôi kết hợp những vật liệu này ”.

Thích hợp để sử dụng làm nền tảng

Các phép đo điện ở nhiệt độ thấp cần thiết cho tính siêu dẫn – chỉ trên độ không tuyệt đối (-273,15 ° C) – cho thấy rõ ràng những ảnh hưởng do chất siêu dẫn gây ra; ví dụ, ở những năng lượng nhất định, các electron độc thân không còn được phép nữa. Hơn nữa, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy dấu hiệu của sự kết hợp chặt chẽ giữa lớp bán dẫn và chất siêu dẫn.

Mehdi Ramezani, tác giả chính của nghiên cứu cho biết: “Sự liên kết mạnh mẽ là yếu tố quan trọng trong các hiện tượng vật lý mới và thú vị mà chúng ta mong đợi thấy trong các dị cấu trúc van der Waals, nhưng không bao giờ có thể chứng minh được,” Mehdi Ramezani, tác giả chính của nghiên cứu cho biết.

Baumgartner nói: “Và tất nhiên, chúng tôi luôn hy vọng vào những ứng dụng mới trong điện tử và công nghệ lượng tử. “Về nguyên tắc, các tiếp điểm dọc mà chúng tôi đã phát triển cho các lớp bán dẫn có thể được áp dụng cho một số lượng lớn chất bán dẫn. Các phép đo của chúng tôi cho thấy những linh kiện bán dẫn đơn lớp lai này thực sự có thể thực hiện được –có lẽ ngay cả với các vật liệu tiếp xúc khác, kỳ lạ hơn sẽ mở đường cho những hiểu biết sâu hơn, ”ông nói thêm.

Tham khảo: “Liên hệ siêu dẫn tới chất bán dẫn đơn lớp” của Mehdi Ramezani, Ian Correa Sampaio, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Christian Schönenberger và Andreas Baumgartner, 23 tháng 6 năm 2021, Nano Letters .
DOI: 10.1021 / acs.nanolett.1c00615

Tài trợ: Quỹ Khoa học Quốc gia Thụy Sĩ, Viện Khoa học Nano Thụy Sĩ (SNI) dự án P1701 và dự ánERC Top-Supra (787414)

Theo Scitechdaily

What's your reaction?

Excited
0
Happy
0
In Love
0
Not Sure
0

You may also like

Leave a reply

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Website này sử dụng Akismet để hạn chế spam. Tìm hiểu bình luận của bạn được duyệt như thế nào.