Материал позволит создать радикально новые продукты: от светящихся стен и одежды со встроенной электроникой до очков со встроенными дисплеями

Открытие графена, материала толщиной всего в один атом, обладающего при своем размере исключительной прочностью и различными новыми свойствами, стало началом исследования возможностей его использования во многих областях: от электроники и оптики до строительства и совершенствования нанотехнологий. Но новое исследование предполагает, что это было только началом: вся семья двумерных материалов может открыть еще более широкие возможности использования во многих аспектах современной жизни.

Последний «новый» материал, дисульфид молибдена (MoS2) - который фактически использовался в течение многих десятилетий, но не в двумерной форме - был впервые описан около года назад исследователями из Швейцарии. Но в прошлом году, исследователи из Массачусетского технологического института - которые изо всех сил пытались в течение нескольких лет разработать электронные схемы из графена - уже преуспели в том, чтобы сделать множество электронных компонентов из MoS2. Они говорят, что материал позволит создать радикально новые продукты: от светящихся стен и одежды со встроенной электроникой до очков со встроенными дисплеями.

Отчет о производстве сложных электронных схем из нового материала был опубликован в журнале Nano Letters; исследование проводили Хан Вонг, Лили Ю, Томас Палациос, Эммануэль Э. Лэндсман и другие исследователи из МТИ.

Палациос думает, что графен и MoS2 – это только начало новой сферы исследования в области двумерных материалов. «Это - самое захватывающее время для электроники за последние 20 или 30 лет, - говорит он. – Перед нами открывается дверь в абсолютно новую эру электронных материалов и устройств».

Графен сам по себе представляет двумерную форму графита, а дисульфид молибдена много лет использовался в качестве индустриальной смазки. Но он никогда не рассматривался как двумерная платформа для электронных устройств до прошлого года, когда ученые из швейцарского университета EPFL разработали на основе этого материала транзистор.

Исследователи из МТИ быстро включились в работу: И-Сянь Ли, из EECS, нашел хороший способ, чтобы создавать листы из материала большого размера, используя процесс химического смещения пара. Ли придумал этот метод, работая с Лэйн-Йонг Ли в Академии Sinica в Тайване, и усовершенствовал его после прибытия в МТИ. Затем Палациос, Ван и Ю запустили в производство стандартные блоки электронных схем на листах MoS2, сделанных Ли, произведенных механическим методом; более подробно процесс запуска производства описан в статье в Nano Letters.

Ван пытался построить схему на графене, но, как оказалось, намного легче это сделать с новым материалом. Добиться успеха с графеном затруднительно, потому что этому материалу недостает запрещенной (энергетической) зоны – ключевое свойство, которое позволяет создавать транзисторы. Графен нужно изменять довольно сложными способами, чтобы создать запрещенную зону, MoS2 первоначально «правильно» устроен.

Отсутствие запрещенной зоны, объясняет Ван, означает, что если сделать из графена выключатель, «вы сможете его включить, но не сможете его выключить. Это означает, что нельзя создать цифровую логику». Поэтому ученые много лет искали такой материал, который по многим свойствам был бы как графен, но одновременно компенсировал бы его недостатки, и им оказался дисульфид молибдена.

Ван и Палациос смогли изготовить много основных электронных устройств на основе этого материала: обратный преобразователь; NAND схему; запоминающее устройство; и кольцевой генератор, состоящий из 12 транзисторов.

Палациос говорит, что с помощью нового материала можно будет создавать широкоформатные экраны (телевизоры и компьютерные мониторы), где отдельный транзистор управляет каждым пикселем дисплея. Поскольку материал имеет толщину всего в одну молекулу, даже при изготовлении очень большого дисплея понадобится очень малое количество сырья. Потенциально это снизит стоимость и вес, и повысит эффективность использования энергии.

В будущем материал предполагает создание совершенно новых разновидностей устройств. MoS2 мог бы использоваться, в сочетании с другими двумерными материалами для разработки устройств светового излучения. Вместо того чтобы изготавливать точечный источник света, можно было бы сделать световую стену, которая излучала бы более мягкий, менее слепящий свет.

Материал настолько тонкий, что он абсолютно прозрачен, и может быть введен фактически в любой другой материал. Например, MoS2 в сочетании со стеклом, может быть дисплеем в витринах домов или магазинов, или экраном в очках.

Али Джейви, профессор электротехники и информатики в Калифорнийском университете Беркли говорит, что исследование команды МТИ – «изящная» работа, которая «является огромным скачком вперед в области слоистых полупроводников и наноматериалов».

Работа финансировалась американским Офисом военно-морского исследования, Национальным научным фондом и Армейской научно-исследовательской лабораторией.

Читать полностью: http://www.km.ru/science-tech/2012/08/3 … volyutsiyu