Una recente ricerca dell'Università del Nebraska-Lincoln potrebbe aiutare i futuri ingegneri di componenti digitali a ottenere due (o più) per lo spazio di uno.

Un team di fisici ha dimostrato un metodo reversibile per alterare le proprietà elettroniche di un materiale nanoscopico, indicando la strada verso la fusione di diverse funzioni tipiche dell'elettronica moderna in un unico componente.

L'approccio potrebbe in definitiva consentire a un materiale 2-D di passare dall'elaborazione digitale all'archiviazione dei dati fino alle applicazioni attivate dalla luce. Quella versatilità, a sua volta, potrebbe offrire agli ingegneri ulteriori opzioni per ridimensionare l'elettronica comprimendo più funzionalità in un unico dispositivo.

Xia Hong e i suoi colleghi hanno iniziato con una fetta atomicamente sottile di bisolfuro di molibdeno, o MoS2, un composto chimico le cui proprietà semiconduttive assomigliano a quelle del silicio preferito dall'industria. Hanno quindi sovrapposto il MoS2 con un polimero dotato di ferroelettricità - la capacità di invertire l'allineamento delle sue cariche positive e negative separate, o polarizzazione, applicandogli un campo elettrico.

I ricercatori hanno scoperto che potevano riconfigurare radicalmente il comportamento elettronico del MoS2 applicando selettivamente la tensione attraverso il polimero per dettare la direzione della sua polarizzazione.

Quando il team di Hong ha allineato le cariche positive o negative del polimero verso o lontano dallo strato di MoS2, la corrente elettrica di quest'ultimo scorreva liberamente in entrambe le direzioni e corrispondeva alla quantità di tensione applicata. In quello stato, il MoS2 ha svolto il ruolo di transistor, un componente distintivo dell'elaborazione digitale che rilascia e sopprime la corrente elettrica per parlare il linguaggio binario di 1 e 0.

Ma quando il team ha polarizzato il polimero in un modo diverso, creando due domini di polarizzazioni orientate verticalmente ma allineate in modo opposto, il MoS2 sottostante ha adottato una nuova identità. Piuttosto che agire come un transistor, il MoS2 è diventato un diodo, permettendo alla corrente di fluire in una direzione ma resistendo al suo movimento nell'altra quando sottoposta a polarità diverse ma alla stessa quantità di tensione.

Tra i loro molti scopi, i diodi convertono il flusso bidirezionale di corrente alternata, utilizzato per alimentare case e altre strutture, nella trasmissione unidirezionale di corrente continua che alimenta praticamente qualsiasi tecnologia contenente una batteria. Risiedono anche nel cuore di molti dispositivi alimentati e che producono luce, dalle celle solari ai display a LED.

Il MoS2 ha mantenuto i suoi stati di transistor e diodo anche quando la tensione è stata rimossa, ha detto Hong. quella qualità, combinato con i requisiti di bassa tensione della tecnica e la scala nanoscopica, l'ha portata a descriverlo come "molto promettente" per applicazioni tecnologiche a bassa potenza. Le proprietà meccaniche del superconduttore sottile come un atomo e del polimero ferroelettrico, lei disse, potrebbe rivelarsi particolarmente adatto al tipo di elettronica flessibile che si trova nella tecnologia indossabile.

"Questo non è solo un miglioramento delle prestazioni, " disse Hong, professore associato di fisica e astronomia. "Si tratta davvero (di) di creare un nuovo tipo di dispositivo multifunzionale."

Hong ha affermato che la reversibilità dell'approccio potrebbe renderlo preferibile al processo di trattamento dei semiconduttori vecchio di decenni noto come doping, una tecnica a base chimica che blocca efficacemente un progetto di semiconduttore in una funzione o nell'altra.

"La cosa bella di questo approccio è che non stiamo cambiando nulla chimicamente, "Hong ha detto. "Quello che stiamo facendo qui è riprogrammare la funzione elettricamente."

Dopo aver dimostrato la nuova tecnica con un polimero ferroelettrico, Hong e i suoi colleghi stanno ora esplorando l'uso di composti noti come ossidi, che meglio resistono al calore prodotto da molti dispositivi elettronici.

Il team di Hong ha dettagliato la sua nuova tecnica nel diario Lettere di revisione fisica .