Впервые в истории визуализации влияния электрического стробирования на электронную структуру
Физики из Уорикского и Вашингтонского университетов разработали методику измерения энергии и импульса электронов в микроэлектронных устройствах, изготовленных из атомарно тонких, так называемых двумерных материалов.
Используя эту информацию, они могут создавать визуальные представления электрических и оптических свойств материалов, чтобы помочь инженерам максимально раскрыть свой потенциал в электронных компонентах.
Экспериментальное исследование опубликовано в журнале Nature сегодня (17 июля) и может также помочь проложить путь для двумерных полупроводников, которые, вероятно, будут играть роль в электронике следующего поколения, в таких приложениях, как фотоэлектрическая энергия, мобильные устройства и квантовые устройства. компьютеры.
Электронная структура материала описывает, как электроны ведут себя в этом материале, и, следовательно, природу протекающего через него тока. Это поведение может варьироваться в зависимости от напряжения – величины «давления» на его электроны – приложенного к материалу, и поэтому изменения электронной структуры с изменением напряжения определяют эффективность микроэлектронных схем.
Эти изменения в электронной структуре работающих устройств лежат в основе всей современной электроники.
Однако до сих пор не было возможности напрямую увидеть эти изменения, чтобы помочь нам понять, как они влияют на поведение электронов.
Применяя эту технику, ученые получат информацию, необходимую для разработки «тонко настроенных» электронных компонентов, которые работают более эффективно и работают с высокой производительностью при меньшем энергопотреблении. Это также поможет в разработке двумерных полупроводников, которые рассматриваются как потенциальные компоненты для следующего поколения электроники с приложениями в гибкой электронике, фотовольтаике и спинтронике.
В отличие от современных трехмерных полупроводников, двумерные полупроводники состоят всего из нескольких слоев атомов.
Д-р Нил Уилсон из физического факультета Уорикского университета сказал: «От того, как электронная структура изменяется с напряжением, зависит то, как работает транзистор в вашем компьютере или телевизоре.
Впервые мы непосредственно визуализируем эти изменения. Отсутствие возможности увидеть, как это меняется с напряжением, было большим недостающим звеном. Эта работа находится на фундаментальном уровне и является большим шагом в понимании материалов и науки, стоящей за ними.
«Новое понимание материалов помогло нам понять ширину запрещенной зоны этих полупроводников, которая является наиболее важным параметром, влияющим на их поведение, от длины волны света, которую они излучают, до того, как они переключают ток в транзисторе.”
Этот метод использует фотоэмиссионную спектроскопию с угловым разрешением (ARPES) для «возбуждения» электронов в выбранном материале. Сфокусируя луч ультрафиолетового или рентгеновского излучения на атомах в локализованной области, возбужденные электроны выбиваются из своих атомов. Затем ученые могут измерить энергию и направление движения электронов, исходя из чего они могут вычислить энергию и импульс, которые они имели в материале (используя законы сохранения энергии и импульса).
Это определяет электронную структуру материала, которую затем можно сравнить с теоретическими предсказаниями, основанными на современных расчетах электронной структуры, выполненных в этом случае исследовательской группой соавтора доктора Николаса Хайна.
Команда сначала проверила эту технику с использованием графена, прежде чем применить ее к полупроводникам из двумерных дихалькогенидов переходных металлов (TMD).
Измерения проводились на линии спектромикроскопии на синхротроне ELETTRA в Италии в сотрудничестве с доктором Алексеем Бариновым и его группой.
Доктор Дэвид Кобден, профессор факультета физики Вашингтонского университета, сказал: «Раньше единственным способом узнать о том, что делают электроны в работающем полупроводниковом устройстве, было сравнение его вольт-амперных характеристик со сложными модели.
Теперь, благодаря недавним достижениям, которые позволяют применять технику ARPES к крошечным точкам, в сочетании с появлением двумерных материалов, где электронное воздействие может происходить прямо на самой поверхности, мы можем напрямую измерить электронный спектр в деталях и увидеть как это меняется в реальном времени. Это меняет игру.”
Д-р Сяодун Сюй из факультета физики и факультета материаловедения и инженерии Вашингтонского университета сказал: «Этот мощный метод спектроскопии откроет новые возможности для изучения фундаментальных явлений, таких как визуализация электрически настраиваемых топологических фазовых переходов и легирования. эффекты на коррелированные электронные фазы, которые в противном случае являются сложной задачей.”
Исследование было поддержано Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам, входящим в состав UK Research and Innovation, и U.S. Министерство энергетики и Национальный научный фонд.
Вот ещё на днях про rather than как переводится почитал, мне кажется это более чем интересная, важная и нужная для человека информация. Не верите, то тогда сами посмотрите.
