Minnesota Üniversitesi araştırmacıları ilk kez benzersiz yarı metalik ince film üretti – ScienceDaily

Çalışma yayınlandı Doğa İletişimiDoğa bilimleri ve mühendisliği kapsayan hakemli bilimsel bir dergidir.

ABD’deki son ÇIPS ve Bilim Yasası’nın da kanıtladığı gibi, yarı iletken üretimini artırmak ve her yerde elektronik cihazlara güç sağlayan malzemeleri geliştirmeye yönelik araştırmaları desteklemek için artan bir ihtiyaç var. Günümüzde çoğu bilgisayar çipinin arkasındaki teknoloji geleneksel yarı iletkenler olsa da, bilim adamları ve mühendisler her zaman elektroniği daha iyi, daha küçük ve daha verimli hale getirmek için daha az enerji kullanarak daha fazla güç üretebilen yeni malzemeler arıyorlar.

Bu yeni ve geliştirilmiş bilgi işlem çipleri için böyle bir aday, topolojik yarı metaller adı verilen bir kuantum malzemeleri sınıfıdır. Bu malzemelerdeki elektronlar, malzemelere elektronik cihazlarda kullanılan tipik yalıtkanların ve metallerin sahip olmadığı benzersiz özellikler vererek farklı şekillerde davranır. Bu nedenle, veri depolama ve bilgi işleme için bir elektrik yükü yerine elektronların dönüşünden yararlanan geleneksel yarı iletken cihazlara bir alternatif olan spintronik cihazlarda kullanım için araştırılmaktadır.

Bu yeni çalışmada, Minnesota Üniversitesi araştırmacılarından oluşan çok disiplinli bir ekip, ince film benzeri bir malzemeyi başarıyla üretti ve bunun düşük enerji tüketimi ile yüksek performans potansiyeline sahip olduğunu gösterdi.

Makalenin kıdemli yazarı ve McKnight Seçkin Profesörü Jian-Ping Wang, “Bu araştırma, manyetik doping stratejisi kullanarak zayıf bir topolojik yalıtkandan topolojik bir yarı metale gidebileceğinizi ilk kez gösteriyor” dedi. Minnesota Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü’nde Hartmann Başkanı. “Elektrikli cihazlarımızın ömrünü uzatırken aynı zamanda enerji tüketimini azaltmanın yollarını arıyoruz ve bunu geleneksel olmayan, alışılmadık yollarla yapmaya çalışıyoruz.”

Araştırmacılar yıllardır topolojik malzemeler üzerinde çalışıyorlar, ancak Minnesota Üniversitesi ekibi, bu yarı metali ince film formunda oluşturmak için endüstri patentli sprey uyumlu bir işlemi kullanan ilk kişidir. Wang, proseslerinin sektörle uyumlu olması nedeniyle, teknolojinin gerçek dünyadaki cihazları üretmek için daha kolay benimsenebileceğini ve kullanılabileceğini söyledi.

Gazetenin kıdemli yazarlarından Andrei Mokhoyan ve Ray D. Minnesota Üniversitesi Kimya Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Bölümü Başkanı ve Profesörü. “Soru şu ki, bu enerji tüketimini nasıl azaltabiliriz? Bu araştırma bu yönde atılmış bir adım. Benzer veya genellikle daha iyi performansa sahip ancak çok daha az enerji kullanan yeni bir malzeme sınıfı buluyoruz.”

Araştırmacılar bu kadar yüksek kaliteli malzemeler ürettikleri için özelliklerini ve onları bu kadar benzersiz kılan şeyleri de yakından analiz edebildiler.

dedi gazetenin kıdemli yazarlarından biri ve üniversitenin Minnesota Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü’nde Doçent Paul Palmberg. “Normalde, bir manyetik alan uygulandığında, bir malzemenin uzunlamasına direnci artacaktır, ancak bu özel topolojik malzemede, bunun azalmasını bekliyorduk. Teorimizi ölçülen taşıma verileriyle destekleyebildik ve gerçekten de bir direnç olduğunu doğruladık.” negatif direnç.”

Low, Mkhoyan ve Wang, yeni nesil elektronik cihazlar ve sistemler için topolojik malzemeler üzerinde on yıldan fazla bir süredir birlikte çalışıyorlar; bu araştırma, onların teori, hesaplama, malzeme büyütme ve karakterizasyon konusundaki uzmanlıklarını birleştirmeden mümkün olmazdı. cihaz yapımı.

“Teknolojinin laboratuvardan endüstriye transferini sağlama potansiyeline sahip, böylesine önemli ama zorlu bir konu üzerinde çalışmak yalnızca ilham verici bir vizyon değil, aynı zamanda dört disiplinde büyük bir sabır ve özel bir ekip üyesi grubu gerektirir.” dedi Wang. .

Araştırma ekibi Low, Mkhoyan ve Wang’a ek olarak Minnesota Üniversitesi Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Delin Zhang, Wei Jiang, Onri Benally, Zach Cresswell, Yihong Fan, Yang Lv ve Przemyslaw Swatek; araştırmacı, Kimya Mühendisliği ve Malzeme Bilimi Bölümü Huanhui Yun; Fizik ve Astronomi Bölümü’nde araştırmacı Thomas Peterson; ve Minnesota Üniversitesi Karakterizasyon Tesisi araştırmacıları Guichuan Yu ve Javier Barriocanal.

Bu araştırma, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) tarafından desteklenen bir Yarı İletken Araştırma Vakfı programı olan nCORE’un yedi merkezinden biri olan SMART tarafından desteklenmektedir. TP ve DZ kısmen, MARCO ve DARPA tarafından desteklenen bir Yarıiletken Araştırma Vakfı programı olan JUMP’un altı merkezinden biri olan ASCENT tarafından desteklenmiştir. Bu çalışma kısmen Minnesota Üniversitesi Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Araştırma Merkezi (MRSEC) programı tarafından DMR-2011401 (tohum) ödül numarası altında desteklenmiştir. Bu çalışmanın bazı bölümleri, MRSEC (ödül numarası DMR-2011401) aracılığıyla Ulusal Bilim Vakfı’ndan kısmen destek alan Minnesota Üniversitesi İkiz Şehirler Karakterizasyon Tesisinde gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmanın bazı bölümleri, NSF Network Coordinating Nano Infrastructure (NNCI) tarafından ECCS-2025124 ödül numarası altında desteklenen Minnesota Nano Center’da gerçekleştirildi.