Современные транзисторы и другие компоненты электронных устройств выполнены из таких полупроводников как кремний и состоят из множества слоёв вещества, расположенных на подложке. Но из-за трёхмерной структуры этих материалов электроны имеют возможность перемещаться внутри слоя во всех направлениях, что значительно снижает скорость работы устройств на их основе.
Инженеры из Университета Юты создали новый вид двухмерного полупроводника, который позволит выпускать более быстрые компьютеры и смартфоны, а также снизить их энергопотребление. Материал толщиной всего в один атом состоит из диоксида олова и позволяет электрическим зарядам перемещаться из точки А в точку Б по кратчайшему пути.
Впервые учёные задумались о преимуществах двухмерных полупроводников около пяти лет назад. С тех пор были испытаны свойства таких материалов, как графен, борофен и дисульфид молибдена. Но все они относились к полупроводникам N-типа, в которых носителем заряда могут быть только отрицательно заряженные электроны. Однако для создания любого электронного устройства также требуются материалы P-типа, которые проводят положительный заряд (так называемые дырки).
Структура, открытая командой под руководством Ашутоша Тивари (Ashutosh Tiwari), стала первым стабильным двухмерным полупроводником P-типа, в котором роль положительных зарядов выполняют те самые путешествующие по материалу дырки.
"Теперь, когда у нас есть двухмерные полупроводники обоих типов, мы будем двигаться вперёд гораздо быстрее", – говорит Тивари в пресс-релизе университета.
Транзисторы на основе нового материала будут гораздо меньше кремниевых, что позволит делать более компактные процессоры или увеличивать их мощность.
Учёные считают, что их открытие позволит создавать компьютеры, которые будут более чем в сто раз быстрее современных. Кроме того, прямолинейное движение частиц в плоском полупроводнике сопровождается меньшим "трением", чем постоянные "прыжки" в трёхмерных структурах. Это означает, что элементы системы будут меньше нагреваться и медленнее расходовать заряд батареи, что необычайно важно для мобильных устройств.
Тивари говорит, что конкуренция на рынке высока, и новая разработка обязательно вызовет большой интерес. Он считает, что уже через два-три года мы увидим как минимум первые прототипы устройств на двухмерных полупроводниках.
Подробные результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Electronic Materials.
