Scoperta di una nuova struttura a superreticolo che esibisce l'effetto Hall anisotropico. (a) Effetto Hall anisotropico. (b) Immagine della sezione trasversale della microscopia elettronica a trasmissione a scansione (STEM) della struttura del superreticolo 2D-VS2/1D-VS. (c) Modello schematico del superreticolo ibrido 2D/1D. Credito:Y.C. Lin
Le scoperte nella moderna microelettronica dipendono dalla comprensione e dalla manipolazione del movimento degli elettroni nel metallo. Ridurre lo spessore delle lamiere all'ordine dei nanometri può consentire un controllo squisito su come si muovono gli elettroni del metallo. In questo modo, si possono conferire proprietà che non si vedono nei metalli sfusi, come la conduzione ultraveloce dell'elettricità. Ora, i ricercatori dell'Università di Osaka e i partner che collaborano hanno sintetizzato una nuova classe di superreticoli nanostrutturati. Questo studio consente un grado insolitamente elevato di controllo sul movimento degli elettroni all'interno dei semiconduttori metallici, che promette di migliorare la funzionalità delle tecnologie quotidiane.
La messa a punto precisa dell'architettura dei nanosheet metallici, e quindi la facilitazione di funzionalità microelettroniche avanzate, rimane una linea di lavoro in corso in tutto il mondo. In effetti, su questo argomento sono stati assegnati diversi premi Nobel. I ricercatori sintetizzano convenzionalmente superreticoli nanostrutturati - strati di metalli che alternano regolarmente, inseriti a sandwich insieme - da materiali della stessa dimensione; ad esempio, fogli 2D a sandwich. Un aspetto chiave del lavoro dei ricercatori attuali è la sua facile fabbricazione di superreticoli eterodimensionali; ad esempio, catene di nanoparticelle 1D racchiuse all'interno di nanofogli 2D.
"I superreticoli eterodimensionali su scala nanometrica sono in genere difficili da preparare, ma possono mostrare proprietà fisiche preziose, come la conduttività elettrica anisotropa", spiega Yung-Chang Lin, autore senior. "Abbiamo sviluppato un mezzo versatile per preparare tali strutture e, così facendo, ispireremo la sintesi di un'ampia gamma di sovrastrutture personalizzate."
(a) Modello di struttura a superreticolo convenzionale costituito da diversi materiali 2D. (b) Modello di struttura a superreticolo scoperto di recente costituito da materiali bidimensionali (simili a una pellicola) e unidimensionali (simili a una catena). Credito:Y.C. Lin
I ricercatori hanno utilizzato la deposizione chimica da vapore, una tecnica di nanofabbricazione comune nell'industria, per preparare superreticoli a base di vanadio. Questi semiconduttori magnetici mostrano quello che è noto come effetto Hall anisotropo (AHE):significa accumulo di carica focalizzato direzionalmente in condizioni di campo magnetico nel piano (in cui l'effetto Hall convenzionale non viene osservato). Di solito, l'AHE si osserva solo a temperature ultra-basse. Nella presente ricerca, l'AHE è stato osservato a temperatura ambiente e oltre, almeno fino a circa il punto di ebollizione dell'acqua. La generazione dell'AHE a temperature pratiche ne faciliterà l'uso nelle tecnologie quotidiane.
(a) Modello atomico della struttura di impilamento del superreticolo VS2-VS visto dall'alto. Le palline rosse e gialle rappresentano gli atomi V e S. (b) Modello atomico del superreticolo VS2-VS visto di lato. Il rettangolo verde è la cella unitaria del superreticolo. (c,d) Immagini STEM della struttura superlattice di film 2D/catena 1D/film 2D (VS2/VS/VS2) e film 2D/catena 1D/film 2D/catena 1D/film 2D (VS2 /VS/VS2/VS/VS2) struttura superlattice e le corrispondenti immagini STEM simulate. (e) Struttura fine del bordo L dell'atomo V a perdita di energia elettronica vicino al bordo. Credito:Y.C. Lin
"Una promessa chiave della nanotecnologia è la fornitura di funzionalità che non è possibile ottenere da materiali sfusi", afferma Lin. "La nostra dimostrazione di un effetto Hall anomalo non convenzionale a temperatura ambiente e oltre apre una vasta gamma di possibilità per la futura tecnologia dei semiconduttori, tutte accessibili dai processi di nanofabbricazione convenzionali."
Il presente lavoro contribuirà a migliorare la densità di archiviazione dei dati, l'efficienza dell'illuminazione e la velocità dei dispositivi elettronici. Controllando con precisione l'architettura su scala nanometrica dei metalli comunemente usati nell'industria, i ricercatori realizzeranno una tecnologia versatile e unica che supera la funzionalità dei materiali naturali.
L'articolo, "Superlattice eterodimensionale con effetto Hall anomalo a temperatura ambiente", è stato pubblicato su Nature . + Esplora ulteriormente
