각도를 사용하여 전자 제품의 미래 개선

나노 기술은 의류 및 자동차 도료에서 스포츠 장비 및 전자 제품에 이르기까지 다양한 분야에 적용되는 용어입니다. 결국 그것은 모두 크기, 나노미터(nm), 이 차원에서 발생하는 고유한 현상을 이해하고 제어하고 조작하는 인류의 능력을 의미합니다. 원근법으로 종이 한 장의 두께는 약 100,000nm입니다. (대화형 IBM 나노기술 타임라인을 보려면 클릭)

IBM Research와 일부 프로젝트에서 과학자들은 정부 기금의 지원을 받아 휴대폰에서 IoT 센서, 거대한 클라우드 데이터 센터에 이르기까지 모든 것을 포함하여 전자 장치의 전력 밀도와 에너지 효율성을 개선하기 위해 나노 규모를 탐구하고 있습니다.

그림 1 :나노 크기의 열쇠 모양의 소자는 자물쇠에 손을 대고 있는 것처럼 0도에서 360도까지 회전할 수 있으며 터널 전계 효과 트랜지스터의 전류를 켜고 끄는 스위치로 사용할 수 있습니다.

그러한 프로젝트 중 하나는 IBM 취리히 연구소의 과학자 Elad Koren이 주도하고 있습니다. 스위스 국립과학재단(SNSF)의 Ambizione 프로그램에 따라 자금이 지원되는 이 프로젝트에서 팀은 현재 인기 있는 그래핀을 포함하여 2D 재료를 적층하는 기본 물리학을 이해하는 데 중점을 두고 있습니다.

그래핀에 대해 많은 과대 광고가 있지만 우수한 전자적 특성으로 인해 미래 반도체 전자 및 양자 장치를 위한 가장 유망한 재료 중 하나로 간주됩니다. 또 다른 2D 수정 위에 어떻게 쌓느냐에 따라 풍부한 물성을 나타내기도 하는데, 여기서 정말 흥미롭고 조금 복잡해집니다.

두 개의 적층된 층이 그래핀과 같은 동일한 재료로 만들어지면 특정 각도에서 주기적 2D 초격자의 특별한 세트가 나타납니다. 이러한 불일치는 또한 더 강력하면서도 에너지 효율적인 차세대 전자 장치를 위한 트랜지스터 유형 장치를 구축하기 위한 첫 번째 단계 중 하나를 생성하는 이중층 그래핀 시스템에서 밴드갭을 유발할 수 있습니다.

Koren과 그의 동료들은 동료 평가 저널 Nature Nanotechnology 2016년 9월호에 초기 결과를 발표했습니다. . 논문에서 팀은 원자력 현미경의 뾰족한 끝을 사용하여 일반적인 집 열쇠처럼 보이는 것을 정밀하게 제어할 수 있는 방법을 보여주었습니다(그림 1).

나노 크기의 열쇠 모양의 장치는 자물쇠에 손을 대고 있는 것처럼 0도에서 360도까지 회전할 수 있으며 터널 전계 효과 트랜지스터(TFET)의 전류를 켜고 끄는 스위치로 사용될 수 있습니다. 전자 장치의 에너지 누출을 줄입니다.

“우리는 0.1도 이상의 각도 분해능으로 회전 구성을 제어하는 ​​데 있어 전례 없는 정확도를 달성했습니다. 이를 통해 스택의 근본적인 특성을 탐색하고 잠재력을 최대한 실현할 수 있습니다.”라고 Koren이 말했습니다.

측정 전류 레버 암을 계속 회전시키면서 V=50mV의 바이어스 전위에서 꼬인 흑연 나노 구조를 통해 흐릅니다. 삽입:상응하는 비틀림 각도 θ=21.8° 및 38.2°에서 이중층 그래핀 커플링의 운동량-공간 표현.

높은 각도 정확도로 적층 구성을 제어하는 ​​기능을 통해 전자, 광학, 열전기 및 전기 역학과 같은 과학 및 기술의 다양한 분야에서 많은 물리적 특성을 제어 및 엔지니어링하고 새로운 새로운 재료를 실현할 수 있습니다.

이 장치는 또한 유명한 Hofstadter의 나비를 생성하는 단결정 셀 내에서 높은 자속을 가능하게 하며, 강한 자기장과 주기적인 전위 하에서 이론화된 전자 거동입니다.

마찰 법칙은 나노 영역을 벗어나지 않으며 이 작은 규모에서도 마찰은 열쇠 모양의 장치에 대한 도전이 되며 마찰은 열, 마모 및 에너지 소산을 유발합니다. 이 규모에서는 불행한 속성입니다.

놀랍게도 2D 계층 시스템의 회전 불일치는 마찰과 에너지 소산을 강력하게 억제하며, 이를 초윤활성이라고 합니다.

“마찰이 거의 없습니다. 단순히 올바른 각도를 찾는 데 기반을 두고 있습니다.”라고 Koren이 덧붙입니다.

Koren은 자신의 연구를 현장의 다른 사람들과 공유함으로써 새로운 재료와 장치 디자인을 촉발할 수 있기를 희망합니다.