p Materiais bidimensionais (2-D) - tão finos quanto uma única camada de átomos - intrigaram os cientistas com sua flexibilidade, elasticidade, e propriedades eletrônicas únicas, conforme descoberto pela primeira vez em materiais como o grafeno em 2004. Alguns desses materiais podem ser especialmente suscetíveis a alterações em suas propriedades à medida que são esticados e puxados. Sob tensão aplicada, eles foram previstos para passar por transições de fase tão díspares quanto supercondutores em um momento e não condutores no próximo, ou opticamente opaco em um momento para transparente no próximo. p Agora, Os pesquisadores da Universidade de Rochester combinaram materiais 2-D com materiais óxidos de uma nova maneira, usando uma plataforma de dispositivo em escala de transistor, para explorar totalmente as capacidades desses materiais 2-D mutáveis ​​para transformar a eletrônica, ótica, computação e uma série de outras tecnologias.

p "Estamos abrindo uma nova direção de estudo, "diz Stephen Wu, professor assistente de engenharia elétrica e da computação e física. "Há um grande número de materiais 2-D com propriedades diferentes - e se você os esticar, eles farão todo tipo de coisas. "

p A plataforma desenvolvida no laboratório de Wu, configurados como os transistores tradicionais, permite que um pequeno floco de um material 2-D seja depositado em um material ferroelétrico. Tensão aplicada ao ferroelétrico, que atua como o terceiro terminal de um transistor, ou o portão pressiona o material 2-D pelo efeito piezoelétrico, fazendo com que ela se estique. Este, por sua vez, aciona uma mudança de fase que pode mudar completamente a maneira como o material se comporta. Quando a tensão é desligada, o material retém sua fase até que uma tensão de polaridade oposta seja aplicada, fazendo com que o material volte à sua fase original.

p "O objetivo final do stronics bidimensional é pegar todas as coisas que você não podia controlar antes, como o topológico, supercondutor, magnético, e propriedades ópticas desses materiais, e agora ser capaz de controlá-los, apenas esticando o material em um chip, "Wu disse.

p "Se você fizer isso com materiais topológicos, poderá impactar os computadores quânticos, ou se você fizer isso com materiais supercondutores, você pode impactar a eletrônica supercondutora. "

p Em um jornal em Nature Nanotechnology , Wu e seus alunos descrevem o uso de uma película fina de ditelureto de molibdênio bidimensional (MoTe2) na plataforma do dispositivo. Quando esticado e não esticado, o MoTe2 muda de um material semicondutor de baixa condutividade para um material semimetálico altamente condutor e vice-versa.

p "Ele funciona como um transistor de efeito de campo. Você só precisa colocar uma tensão no terceiro terminal, e o MoTe2 se estenderá um pouco em uma direção e se tornará algo condutor. Então você o estica de volta em outra direção, e de repente você tem algo que tem baixa condutividade, "Wu disse.

p O processo funciona à temperatura ambiente, ele adiciona, e, notavelmente, "requer apenas uma pequena quantidade de esforço - estamos esticando o MoTe2 em apenas 0,4 por cento para ver essas mudanças."

p A famosa lei de Moore prevê que o número de transistores em um circuito integrado denso dobra a cada dois anos.

p Contudo, conforme a tecnologia se aproxima do limite em que os transistores tradicionais podem ser reduzidos em tamanho - conforme chegamos ao fim da lei de Moore - a tecnologia desenvolvida no laboratório de Wu pode ter implicações de longo alcance em superar essas limitações como a busca por cada vez mais poderoso, a computação mais rápida continua.

p A plataforma de Wu tem o potencial de executar as mesmas funções de um transistor com muito menos consumo de energia, uma vez que a energia não é necessária para manter o estado de condutividade. Além disso, ele minimiza o vazamento de corrente elétrica devido à inclinação acentuada na qual o dispositivo muda a condutividade com a tensão de porta aplicada. Ambos os problemas - alto consumo de energia e vazamento de corrente elétrica - restringiram o desempenho dos transistores tradicionais em nanoescala.

p "Esta é a primeira demonstração, "Wu acrescenta." Agora cabe aos pesquisadores descobrir até onde isso vai. "

p Uma vantagem da plataforma de Wu é que ela é configurada como um transistor tradicional, tornando mais fácil eventualmente se adaptar à eletrônica atual. Contudo, mais trabalho é necessário antes que a plataforma alcance esse estágio. Atualmente, o dispositivo pode operar apenas 70 a 100 vezes no laboratório antes de falhar. Enquanto a resistência de outras memórias não voláteis, como flash, são muito mais altos, eles também operam muito mais devagar do que o potencial máximo dos dispositivos baseados em deformação que estão sendo desenvolvidos no laboratório de Wu.

p "Eu acho que é um desafio que pode ser superado? Com ​​certeza, "diz Wu, que estará trabalhando no problema com Hesam Askari, professor assistente de engenharia mecânica em Rochester, também co-autor do artigo. "É um problema de engenharia de materiais que podemos resolver à medida que avançamos em nossa compreensão de como esse conceito funciona."

p Eles também irão explorar quanta tensão pode ser aplicada a vários materiais bidimensionais sem causar sua quebra. Determinar o limite final do conceito ajudará a orientar os pesquisadores para outros materiais de mudança de fase conforme a tecnologia avança

p Wu, que completou seu Ph.D. em física na Universidade da Califórnia, Berkeley, foi pós-doutorado na Divisão de Ciência de Materiais do Laboratório Nacional de Argonne antes de ingressar na Universidade de Rochester como professor assistente no Departamento de Engenharia Elétrica e da Computação e no Departamento de Física em 2017.

p Ele começou com um único aluno de graduação em seu laboratório - Arfan Sewaket '19, que estava passando o verão como pesquisador da Xerox. Ela ajudou Wu a montar um laboratório temporário, então foi o primeiro a experimentar o conceito do dispositivo e o primeiro a demonstrar sua viabilidade.

p Desde então, quatro alunos de pós-graduação no laboratório de Wu - autor principal Wenhui Hou, Ahmad Azizimanesh, Tara Pen? A, e Carla Watson "trabalharam muito" para documentar as propriedades do dispositivo e refiná-lo, criando cerca de 200 versões diferentes até este ponto, Wu disse. Todos são listados com Sewaket como co-autores, junto com Askari e Ming Liu da Universidade Xi'an Jiaotong na China.