No grafēna izgatavoti nanoslēdži varētu padarīt mūsu elektroniku vēl mazāku

Hal Gatewood | Atbrīvojieties no šļakatām

Pastāv iespēja, ka jums pieder mikroelektromehāniska ierīce — iespējams, ka to ir vairāki desmiti. Šīs ierīces piepilda mūsdienu pasauli. Tie ļauj izmantot akselerometrus viedtālruņos, mikrofonus klēpjdatoros un mikrospoguļus digitālajos projektoros, lai nosauktu tikai dažus.

Parasti tie ir dažus mikrometrus lieli, niecīgi pēc jebkuriem standartiem. Bet zinātnieki un inženieri vēlas, lai tie būtu vēl mazāki — ja iespējams, nanometru mērogā. Šādā izmērā šīs iekārtas var darboties kā vienkārši slēdži loģikas un atmiņas ierīcēs, tādējādi palielinot jaudīgāku un efektīvāku datu apstrādes ierīču izredzes.

Šīs mikromašīnas parasti ir izgrieztas silīcija mikroshēmās. Bet, tā kā silīcija slēdži kļūst mazāki, tie kļūst mazāk efektīvi, jo tiem rodas strāvas noplūde, kad tie ir izslēgti. Labāks risinājums ir grafēna slēdzis, ko ir viegli izgriezt nanometru mērogā un salīdzinoši vienkārši iebūvēt parastajās silīcija mikroshēmās. Arī no tā neizplūst strāva, kad tas ir izslēgts.

Bet ir problēma. Kad grafēns pieskaras silīcijam, tam ir tendence ātri pielipt. Iedomājieties slēdzi, kas sastāv no elastīga grafēna stieņa, kas veido ķēdi, kad stienis pieskaras silīcija elektrodam. Ja stienis pielīp pie elektroda, to nevar atkal izslēgt.

Šī problēma ir pazīstama kā stiction. Un, neskatoties uz ievērojamiem finanšu ieguldījumiem grafēna izpētē, ko visas pasaules valdības ir veikušas, neviens nav atradis labu veidu, kā to atrisināt.

Ievadiet Kulothungan Jothiramalingam Japānas progresīvajā zinātnes un tehnoloģiju institūtā un kolēģiem, kuri ir atraduši risinājumu. Izmantojot to, viņi ir izveidojuši uz grafēnu balstītas nanoelektromehāniskas ierīces, kas var darboties kā slēdži un pat kā loģiski vārti.

Viņu metode ir vienkārša. Tie pārklāj silīcija mikroshēmu ar nanokristālisko grafēnu, kas ātri pielīp pie virsmas. Pēc tam tie pārklāj to ar ūdeņraža silzeskvioksāna slāni, kas darbojas kā pretestība un ko var izgriezt dažādās formās. Tam virsū viņi novieto vēl vienu grafēna slāni.

Viltība ir izgriezt grafēna augšējo slāni stieņa formā, kas abos galos ir noenkurota ar elektrodiem. Pēc tam tie noņem ūdeņraža silseskvioksāna slāni zem grafēna stieņa daļas, lai tas paliktu suspendēts virs grafēna slāņa.

Šīs stieņa locīšana ir vienkārša. Potenciāla atšķirība starp slāņiem rada spēku, kas noliec stieni pret mikroshēmu. Kad tas pieskaras šai apakšējai virsmai, tas veido ķēdi, procesu, ko var izmantot loģikai un datu glabāšanai.

Tas ir slēdzis. Un, tā kā abas virsmas, kas saskaras, ir abas no grafēna, nav nekādas saķeres. Izslēdzot potenciālu starpību, stienis tiek atbrīvots, kas atsperas atpakaļ sākotnējā stāvoklī.

Jothiramalingam un co izmantoja šo pieeju, lai izveidotu dažādus principa pierādījuma nano slēdžus, tostarp atsevišķus slēdžus un masīvu. Viņi saka, ka ierīces labi darbojas ar zemu spriegumu, kas ir tikai 1,5 volti, un ka izslēgtā stāvoklī ir ļoti maza strāvas noplūde, jo grafēna stieņi ir labi izolēti no citiem vadošiem slāņiem.

Tomēr ir daži izaicinājumi. Piemēram, lai nodrošinātu uzticamu pārslēgšanu, ir jāoptimizē grafēna stara forma un izmērs, kā arī tā attālums no apakšējā slāņa. Bet tai vajadzētu būt vienkāršai inženiertehniskai problēmai.

Kad tas ir atrisināts, kļūst iespējamas sarežģītākas ierīces. Komanda ir izstrādājusi virkni sarežģītāku slēdžu, ieskaitot AND loģiskos vārtus un trīs spaiļu slēdzi, kuros tie novieto trīs grafēna slāņus viens virs otra, ko atdala izolējošs ūdeņraža silseskvioksāna slānis.

Tas ir interesants darbs ar potenciālu padarīt nanoelektromehāniskās ierīces vēl mazākas, pamatojoties uz solījumu par brīnummateriālu, kas ir grafēns.

Atsauce: arxiv.org/abs/1901.07754 : Nanokristāliskā grafēna sakraušana nanoelektromehānisko (NEM) izpildmehānismu lietojumiem

paslēpties