В России научились «перепрограммировать» свойства графена для углеродной электроники

ученые научной группы TERS-Team Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий Томского политеха и Университета электронных наук и технологий Китая и Сычуаньского университета предложили новый метод «программирования» свойств графена.

Он основан на гибкой и недорогой технологии, которая позволяет быстро настраивать и переписывать свойства материала без сложного дорогостоящего оборудования. В будущем метод может помочь в создании новых типов полностью углеродных электронных компонентов, включая датчики, фотоэлементы и каталитические устройства, сообщили представители ТПУ.

Новая технология представляет собой электрохимическую литографию с использованием катализатора (CEEL). Она состоит из трех этапов: сначала ученые с помощью электрокатализатора дисульфида молибдена окисляют поверхность графита до оксида графена. Затем на полученных образцах с помощью лазерной обработки частично восстанавливают оксид графена с микрометровой точностью (LrGo). Далее электрическими и химическими методами политехники направленно формируют плазмонно-активные участки.

«Идея предложенной нами технологии в том, чтобы «писать», «стирать» и «перезаписывать» слои с различной степенью окисления графена без их полного разрушения. По сути, это универсальный способ, который позволяет создать на одной углеродной платформе электронные, оптические и химические устройства. Причем глубина обработки может быть разной, и таким образом можно создать многослойные структуры. Мы использовали это для формирования первого в мире полностью углеродного монолитного полевого транзистора с обратным затвором», — сказал руководитель проекта, профессор Исследовательской школы химических и биомедицинских технологий ТПУ Рауль Родригес.

Двумерные мемристоры на основе графена смогут сократить энергопотребление систем искусственного интеллекта

В обзоре, опубликованном в Nanoenergy Advances, Геннадий Панин из Института проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов РАН, показывает, что эти атомарно тонкие материалы идеально подходят для электрических цепей, имитирующих функции нашего мозга, и смогут снизить энергопотребление систем искусственного интеллекта.

Мемристор — это современный электрический компонент, сопротивление которого зависит от силы тока, прошедшего через него ранее. Поскольку он «запоминает» эту историю даже после прекращения подачи заряда, он может сохранять данные при отключении питания. Таким образом, мемристоры работают по принципу, очень похожему на работу нейронов в нашем мозге и соединяющих их синапсов. Благодаря быстрому отклику и простой двухэлектродной структуре, позволяющей создавать из них плотные массивы, мемристоры все чаще становятся основой современных схем, особенно тех, что предназначены для искусственного интеллекта.

В обзоре предлагается как можно еще больше расширить эти возможности, создав мемристорные схемы из двумерных материалов толщиной всего в несколько атомов.

С момента открытия графена было проведено множество исследований, посвященных изучению того, как можно улучшить его и без того универсальные электрические свойства путем изменения молекулярной структуры его сотовой решетки из атомов углерода.

В частности, эти материалы можно модифицировать таким образом, чтобы они демонстрировали нелинейное поведение, то есть ток, проходящий через них, не увеличивается пропорционально приложенному напряжению. Эта нелинейность необходима для стабильного хранения данных и переключения между различными состояниями сопротивления.

Также рассматривается широкий спектр двумерных материалов, в том числе оксид графена, диаман (двумерная алмазоподобная фаза углерода) и слоистые халькогениды, которые не содержат углерод, но имеют схожую с графеном структуру.

В этих материалах электрический ток может вызывать частичную перестройку их атомной решетки — переход от плоских, высокопроводящих структур к более искаженным, менее проводящим конфигурациям, что приводит к увеличению сопротивления. В системах на основе графена эти эффекты можно регулировать с помощью контролируемых окислительно-восстановительных реакций: добавление кислородсодержащих групп

снижает проводимость материала, а их удаление восстанавливает ее.

Наконец, в обзоре рассматривается, как мемристорные свойства могут проявляться в результате фазовых переходов, вызванных светом в широком диапазоне длин волн. Такое переключение под воздействием света позволяет создавать устройства, которые одновременно воспринимают и хранят информацию, — по аналогии с тем, как живые системы собирают и сохраняют информацию, поступающую от органов чувств.

Источник: vk.com

Комментарии: