一維材料為下一代電子器件帶來強大的衝擊力

上圖所示是一種利用三碲化鎬納米帶製成的電子器件的顯微圖像。納米帶通道以綠色表示。金屬接觸部分顯示為黃色。值得注意的是，由於納米尺度的厚度，黃色金屬接觸似乎是綠色通道下，而在現實中，黃色的金屬是在頂層。圖片來源：Balandin實驗室，加州大學河濱分校。

加利福尼亞大學河濱分校的工程師們展示了一種由特異性材料製成的原型裝置，其電流密度比傳統的銅互連技術大50倍。

電流密度是在給定的點上每截面積的電流量。隨著集成電路中的晶體管越來越小，它們需要越來越高的電流密度以達到所需的水平。大多數傳統的電導體，如銅，往往在高電流密度下由於過熱或其他因素而斷裂，從而產生了越來越小的部件的屏障。

電子工業需要硅和銅的替代品，這些硅和銅可以承受極高的電流密度，只有幾納米的大小。

石墨烯的出現導致了大規模的、世界範圍的努力，致力於研究其他二維或2-D層狀材料，以滿足需要維持高電流密度的納米級電子元件的需要。雖然2-D材料由單層原子組成，但一維材料由彼此弱結合的原子的各個鏈組成，但它們對電子學的潛力尚未被廣泛研究。

人們可以認為2-D材料是薄片麵包，而1D材料就像義大利麵條。與一維材料相比，二維材料顯得體積很大了。

來自馬里蘭州加州大學河濱分校的Marlan 和 Rosemary Bourns工程學院的電氣和計算機工程的傑出教授Alexander A. Balandin領導的一組研究人員發現，三氧化鋯或三碲化鎬納米帶具有非常高的電流密度。遠遠超過任何常規金屬如銅。

加州大學河濱分校的研究團隊採取的新戰略推動了從二維到一維材料的研究，這是未來一代電子產品的一個重要進展。

「傳統金屬是多晶的。它們具有晶界和表面粗糙度，它們能夠散射電子，」Balandin說。「三碲化鎬等准一維材料由單向的單晶原子鏈組成。它們沒有晶界，並且通常在剝落後具有原子光滑表面。我們認為三碲化鎬中的高電流密度與准一維材料的單晶性質有關。」

原則上，這樣的准一維材料可以直接生長成具有對應於單個原子線或鏈的橫截面的納米線。在本研究中，由三碲化鎬量子線維持的電流水平高於任何金屬或其他1D材料所報道的電流。它幾乎達到了碳納米管和石墨烯的電流密度。

電子設備依賴於特殊的布線，以便在電路或系統的不同部分之間傳遞信息。隨著開發人員對設備的小型化，它們的內部部件也必須變小，而在部件之間傳遞信息的互連必須變得最小。取決於它們是如何配置的，三碲化鎬納米帶可以被製成納米級的局部互連或最微小器件的器件通道。

州大學河濱分校小組的實驗是用預先製作的材料片切割的納米帶進行的。工業應用需要在晶片上直接生長納米帶。這種製造工藝已經在發展，Baldin認為一維納米材料在未來的電子產品中具有應用的可能性。

Balandin說：「准一維材料最令人興奮的是，它們可以真正合成到通道中，或者與一個原子線的最終小截面相交，大約1納米乘以納米大小。」

這一最新研究進展已經發表在《IEEE Electron Device Letters》雜誌中。

來源：https://phys.org/news/2018-05-one-dimensional-material-powerful-electronics.html

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