Новый материал может стать основой принципиально новых процессоров
Наука и космос1026 июл 16:15
Ученые из Института материаловедения и инженерии Нинбо Китайской академии наук совместно с Чжэцзянским университетом и лабораторией сообщили о создании первого в мире двумерного лантаноидного материала класса MXene («максин»). Результаты работы были опубликованы в авторитетном научном журнале Nature. В то время как графен представляет собой одноатомный слой углерода, MXene состоит из таких же тонких слоев, но образованных из переходных металлов (титан, ванадий, ниобий, молибден и других) и углерода или азота.
Основное достижение исследователей заключается в том, что им удалось впервые объединить в одном материале два свойства, которые ранее практически не встречались у MXene одновременно: полупроводниковое поведение и ферромагнетизм.
До настоящего времени большинство известных MXene были основаны на титане, ванадии, ниобии и других ранних переходных металлах. Эти материалы характеризуются высокой электропроводностью, но не подходят для устройств, требующих одновременного управления электрическими и магнитными свойствами.
Для решения данной проблемы ученые разработали новую технологию синтеза, основанную на методе «химических ножниц». Этот подход позволяет «разрезать» кристаллическую структуру на атомном уровне, избирательно удаляя, заменяя или перестраивая отдельные атомные слои. В результате исследователи могут собирать материалы почти как конструктор, заранее определяя их будущие свойства.
Процесс синтеза включает два этапа. В начале металл из группы лантаноидов реагирует с галогенидом меди, образуя промежуточное соединение. Затем при высоких температурах оно взаимодействует с графитом, создавая новую слоистую структуру MXene, в которой чередуются атомы металла, углерода и галогенов.
Тесты подтвердили, что полученный материал одновременно обладает полупроводниковыми свойствами и сохраняет стабильные ферромагнитные характеристики. Это сочетание давно считается одной из основных целей материаловедения, так как открывает возможности для создания совершенно новых электронных устройств.
Ученые возлагают большие надежды на спинтронику — область электроники, которая использует не только электрический заряд электрона, но и его спин. Это позволяет разрабатывать более быстрые, компактные и энергоэффективные устройства по сравнению с традиционной микроэлектроникой.
По мнению авторов исследования, новый материал может быть использован в энергоэффективных логических процессорах, высокочастотных системах связи, магнитных датчиках, элементах памяти нового поколения и даже в компонентах будущих квантовых компьютеров.
Не менее значимым достижением стал и сам метод синтеза. Ученые уверены, что технология «химических ножниц» является универсальной и в будущем позволит создавать целый ряд новых двумерных материалов с заранее заданными электрическими, магнитными и оптическими свойствами.
DexterИсточники:ITHomeНаука и космос10Наука26 июл 16:15
Источник