Недавний синтез одномерных гетероструктур, созданных путем наслаивания двумерных материалов толщиной в один атом, может привести к созданию новой миниатюрной электроники. Результаты работы ученых из университетов Пенсильвании и Токио публикует ACS Nano.

Инженеры обычно создают гетероструктуры для достижения новых свойств устройства, недоступных для одного материала. Гетероструктура — термин в физике полупроводников, обозначающий выращенную на подложке слоистую структуру из различных полупроводников, в общем случае отличающихся шириной запрещённой зоны. Между двумя различными материалами формируется так называемый гетеропереход, в котором возможна повышенная концентрация носителей, и отсюда — формирование вырожденного двумерного электронного газа.

Такие структуры, удерживаемые силами Ван-дер-Ваальса — вид 2D-материалов. Слои в гетероструктурах уложены друг на друге, как блоки лего. Сила Ван-дер-Ваальса — притяжения между незаряженными молекулами или атомами — удерживает материалы вместе.

По словам ученых, новая одномерная гетероструктура Ван-дер-Ваальса, отличается от прочих, созданных инженерами до сих пор. Исследователи описывают ее как стопку двухмерных слоистых материалов, свернутых в идеальный цилиндр.

«2D-материалы контактируют друг с другом в желаемой последовательности вертикальной гетероструктуры. При этом не нужно беспокоиться об их боковых краях — все они свернуты, как в суши-ролле. Это важно для создания сверхмалых устройств» — объясняет один из авторов работы, профессор технических наук и механики из университета Пенсильвании, Владисла Роткин.

Исследование предполагает, что все 2D-материалы можно свернуть в эти одномерные гетероструктурные цилиндры — гетеронанотрубки. Ученые из Токийского университета недавно изготовили электроды на гетеронанотрубке и продемонстрировали, что он может работать как чрезвычайно маленький диод с высокими характеристиками, несмотря на его размер.

Напомним, диоды — это основной тип устройств, используемых в оптоэлектронике. Они находятся в основе фотодетекторов, солнечных элементов, светоизлучающих устройств и не только. В электронике диоды используются в нескольких специализированных схемах. Хотя основным элементом электроники является транзистор, два диода, соединенные друг с другом, могут также служить переключателем.

Это открывает потенциально новый класс материалов для миниатюрной электроники. Открытие выводит технологию устройств из 2D-материалов на новый уровень, подчеркивают ученые. Новый метод работы с гетероструктурами позволит создавать как электронные, так и оптоэлектронные устройства нового поколения.