Nano jungikliai, pagaminti iš grafeno, gali padaryti mūsų elektroniką dar mažesnę

Hal Gatewood | Atskleiskite purslą

Tikėtina, kad jums priklauso mikroelektromechaninis įrenginys – tikriausiai jų yra dešimtys. Šie įrenginiai užpildo šiuolaikinį pasaulį. Jie leidžia naudoti pagreičio matuoklius išmaniuosiuose telefonuose, mikrofonus nešiojamuosiuose kompiuteriuose ir mikroveidrodžius skaitmeniniuose projektoriuose.

Paprastai jie yra kelių mikrometrų dydžio, maži pagal bet kokius standartus. Tačiau mokslininkai ir inžinieriai nori, kad jie būtų dar mažesni – jei įmanoma, nanometrų skalėje. Tokio dydžio mašinos gali veikti kaip paprasti jungikliai loginiuose ir atminties įrenginiuose, todėl gali atsirasti galingesnių ir efektyvesnių duomenų apdorojimo įrenginių.

Šios mikromašinos paprastai yra iškirptos į silicio drožles. Tačiau mažėjant, silicio jungikliai tampa mažiau veiksmingi, nes išjungus juos nuteka srovė. Geresnis pasirinkimas yra grafeno jungiklis, kurį lengva iškirpti nanometrų skalėje ir palyginti nesudėtinga integruoti į įprastus silicio lustus. Taip pat nepraleidžia srovės, kai yra išjungtas.

Tačiau yra problema. Kai grafenas paliečia silicį, jis linkęs greitai prilipti. Įsivaizduokite jungiklį, sudarytą iš lankstaus grafeno strypo, kuris sudaro grandinę, kai strypas paliečia silicio elektrodą. Jei strypas prilimpa prie elektrodo, jo nebegalima išjungti.

Ši problema žinoma kaip stiction. Ir nepaisant didelių finansinių viso pasaulio vyriausybių investicijų į grafeno tyrimus, niekas nerado tinkamo būdo tai išspręsti.

Įveskite Kulothungan Jothiramalingam į Japonijos pažangųjį mokslo ir technologijų institutą ir kolegas, kurie rado sprendimą. Naudodami jį, jie sukūrė grafeno pagrindu pagamintus nanoelektromechaninius įrenginius, kurie gali veikti kaip jungikliai ir netgi kaip loginiai vartai.

Jų metodas yra paprastas. Jie padengia silicio lustą nanokristaliniu grafenu, kuris greitai prilimpa prie paviršiaus. Tada jie padengia vandenilio silseskvioksano sluoksniu, kuris veikia kaip rezistas ir gali būti iškirptas į įvairias formas. Ant viršaus jie uždeda dar vieną grafeno sluoksnį.

Triukas yra iškirpti viršutinį grafeno sluoksnį į strypo formą, kuri abiejuose galuose yra pritvirtinta elektrodais. Tada jie pašalina vandenilio silseskvioksano sluoksnį, esantį po grafeno strypo dalimi, kad jis liktų pakibęs virš grafeno sluoksnio.

Sulenkti šią juostą paprasta. Potencialų skirtumas tarp sluoksnių sukuria jėgą, kuri lenkia strypą link lusto. Kai jis paliečia šį apatinį paviršių, jis sudaro grandinę, procesą, kurį galima išnaudoti logikai ir duomenų saugojimui.

Tai yra jungiklis. Ir kadangi abu paviršiai, kurie liečiasi, yra grafenas, nėra sukibimo. Išjungus potencialų skirtumą, strypas atleidžiamas, kuris spyruokliuoja atgal į pradinę padėtį.

„Jothiramalingam“ ir bendradarbiai naudojo šį metodą kurdami įvairius principo įrodymo nano jungiklius, įskaitant pavienius jungiklius ir masyvą. Jie sako, kad prietaisai gerai veikia esant žemai, vos 1,5 volto įtampai, o išjungus srovės nutekėjimą labai mažai, nes grafeno strypai yra gerai izoliuoti nuo kitų laidžių sluoksnių.

Vis dėlto yra tam tikrų iššūkių. Pavyzdžiui, norint užtikrinti patikimą perjungimą, reikia optimizuoti grafeno pluošto formą ir dydį bei atstumą nuo apatinio sluoksnio. Bet tai turėtų būti paprasta inžinerinė problema.

Kai tai bus išspręsta, įmanomi sudėtingesni įrenginiai. Komanda sukūrė daugybę sudėtingesnių jungiklių, įskaitant AND loginius vartus ir trijų gnybtų jungiklį, kuriame jie vienas ant kito deda tris grafeno sluoksnius, atskirtus izoliuojančiu vandenilio silseskvioksano sluoksniu.

Tai įdomus darbas, galintis padaryti nanoelektromechaninius prietaisus dar mažesnius, remiantis pažadu sukurti stebuklingą medžiagą – grafeną.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1901.07754 : Nanokristalinio grafeno krovimas nanoelektromechaninėms (NEM) pavaroms

paslėpti