Nový typ polovodiča dokáže zmeniť svoje vlastnosti podľa vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla

 

KĽÚČOVÉ ZISTENIA:

• Vedci vyvinuli polovodič s hrúbkou niekoľkých molekúl reagujúci na zmenu vlnovej dĺžky dopadajúceho svetla.

• Zariadenie kombinuje 2D materiály s molekulami azobenzénu pre dynamickú zmenu elektrickej vodivosti.

• Materiál umožňuje postupnú zmenu vlastností bez známok tepelnej degradácie aj po stovkách cyklov.

Komerčné počítačové polovodiče sa po výrobe správajú rovnako a ich schopnosť viesť elektrický prúd zostáva už trvalo nemenná. Tím inžinierov z univerzity v Princetone však úspešne otestoval nový typ polovodičového materiálu, ktorý sa dokáže dynamicky adaptovať na vonkajšie svetelné podnety. Zariadenie kombinuje ultratenké vrstvy diselenidu volfrámu a disulfidu volfrámu s vrstvou svetlocitlivých molekúl azobenzénu nanesenou na povrchu.

Tieto fotochromatické molekuly dokážu pod vplyvom žiarenia špecifickej vlnovej dĺžky meniť svoju priestorovú konformáciu, čím modifikujú vlastnosti celého elektronického systému. Ožiarenie ultrafialovým svetlom s vlnovou dĺžkou 365 nm mení prítomné molekuly na polárny stav, kým modré svetlo s vlnovou dĺžkou 450 nm tento proces zvráti na nepolárny.

Zmena molekulárnej štruktúry vytvára na rozhraní vrstiev dipólové pole, ktoré pôsobí ako optické hradlo a plošne moduluje hustotu nosičov náboja s hodnotou až 2,5 × 10¹² cm⁻². Výsledkom je polovodič, ktorého elektrickú vodivosť a optickú odozvu možno voľne programovať, mazať a bez poškodenia opätovne prepisovať pomocou svetelného lúča.

Prepínanie týchto stavov nefunguje ako binárny prepínač, pretože technológia umožňuje aj veľmi postupnú a jemnú reguláciu výslednej odozvy materiálu. Výskumníkom sa pomocou chemickej depozície z plynnej fázy podarilo vyrobiť homogénny kus tohto polovodiča s plochou 6,45 cm². Otestovaný hybridný systém nestratil svoje naprogramované vlastnosti ani po stovkách prepínacích cyklov, pričom si udržal stabilitu bez nežiaducich spektrálnych posunov.

V súčasnosti výskumný tím aktívne pracuje na prepojení základných optických prepínačov do zložitejšieho plne funkčného elektronického obvodu. Uvedená technológia predstavuje základný stavebný prvok pre vývoj adaptívnych čipov, ktorých vnútorné funkcie bude možné rekonfigurovať po skončení výrobného procesu.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Svetlom programovateľné materiály otvárajú cestu k výrobe univerzálnych čipov a senzorov, ktoré sa dokážu fyzicky prispôsobiť novým úlohám bez nutnosti úprav hardvéru.

Zdroj: interestingengineering.com foto: Princeton