A kétdimenziós félvezetők esélyt kapnak arra, hogy jelentős előrelépést generáljanak az elektronikus eszközök képességeiben, kiváltva a szilíciumalapú chipeket. Számos probléma azonban továbbra is hátráltatja ezeknek az eszközöknek az elterjedését.
Az egyik fő probléma a hordozó mobilitás, vagyis az, hogy milyen gyorsan tudnak az elektronok a félvezetőkön keresztül mozogni. Ezek a 2D félvezetők közismerten lassúak, ami korlátozza a fejlesztések és a valós alkalmazások lehetőségét.
Az austini Texasi Egyetem kutatói azonban több mint egy tucat különböző anyagot fedeztek fel a 2D félvezetők számára, amelyek lehetővé tehetik az elektronok gyors mozgását, ami az elektronika képességeinek ugrásszerű fejlődését teszi lehetővé. "Ha a szilíciumot 2D-s félvezetőkkel tudjuk helyettesíteni, az gyorsabb, lényegesen kevesebb energiát fogyasztó eszközökhöz vezethet" - mondta Yuanyue Liu, az egyetem adjunktusa, a projekt vezetője. A kutatást nemrég publikálták a Physical Review Letters című folyóiratban.
A hagyományos szilíciumalapú félvezetők és a 2D félvezetők közötti nagy különbség a geometriájukban rejlik. A 2D félvezetők sokkal vékonyabbak, mindössze néhány atomréteg vastagságúak. Ez sok szempontból előnyös, mivel a félvezetők kisebb méretűvé tételére irányuló törekvés egyre inkább felgyorsul.
A 2D félvezetők kompakt jellege ugyanakkor problémákat is okoz. Az elektronok szorosan vannak összezsúfolva, és nem sok mozgási szabadságuk van. A szóróforrások könnyebben letéríthetik őket a pályájukról ezen a kisebb helyen, ezért a 2D félvezetőkben általában alacsony a hordozók mozgékonysága, ami megakadályozza a teljesítmény és a hatékonyság javulását.
A kutatók által felfedezett 14, nagy hordozómozgékonyságú anyag kivételt képez e probléma alól. Ezek az anyagok egyedülálló tulajdonságúak, az elektronok ezekben "átlátszóbbak", ami lényegében láthatatlanná teszi őket a szóródás számára, és lehetővé teszi, hogy az elektronok a pályán maradjanak.
Az ilyen anyagok megtalálásához a kutatók egy meglévő anyagadatbázist és egy olyan jellemzőkből álló ellenőrző listát használtak, amelyekről feltételezték, hogy jobb mobilitáshoz vezetnek. Ezután egy kvantummechanikai módszerrel pontosan kiszámították az anyagokban a hordozók mobilitását.
"Az a tény, hogy több ezer anyag közül csak 14 potenciálisan nagy hordozómobilitású anyagot találtunk, megmutatja, hogy milyen nehéz nagy hordozómozgékonyságú 2D félvezetőket találni" - mondta Liu. A projektveztő szerint a következő lépés a kísérleti kutatókkal való együttműködés, és az eredmények teszteléséhez és ellenőrzéséhez szükséges anyagok előállításán való munka. Bár Liu bízik az eredményekben, figyelmeztetett, hogy azok még mindig elméleti jellegűek, és valós tesztekkel kell megerősíteni őket.
