Ученые Исследовательского института Honda, расположенного в США (Honda Research Institute USA, Inc. – HRI-US), применив новый метод синтезирования, создали атомарно тонкие «нано-ленты». Это достижение сильно повлияет на будущее развитие квантовой электроники – области физики, изучающей влияние квантовой механики на поведение электронов в веществе.
Проведенный HRI-US синтез ультратонкого двумерного материала, созданного из одинарного или двойного слоя атомов, продемонстрировал способность контролировать его ширину в пределах 10 нанометров (10-9 метров). Это означает, что квантовый перенос может происходить при гораздо более высоких температурах по сравнению с теми, которые необходимы для материалов, созданных существующими методами. Команда ученых вместе с сотрудниками из университетов Колумбии и Райса, а также из национальной лаборатории Ок-Риджа написала об этом статью, которая была опубликована в Science Advances. Статья также доступна на сайте: science.org.
Новая технология синтезирования может позволить создавать двумерные материалы, которые дадут возможность применять квантовые технологии, в частности, проводить квантовые вычисления и зондирование, при температурах более высоких, чем те, которые необходимы для используемых в настоящее время материалов.
Современные материалы изготавливаются преимущественно методом нанолитографии – он позволяет печатать или совершать травление структур нанометрового масштаба. Однако ученые HRI-US разработали метод контролируемого выращивания материалов с использованием наночастиц никеля, что может позволить контролировать ширину таких двумерных материалов, как дисульфид молибдена. Иными словами, возникает возможность сделать ширину гораздо уже, чем в случаях, когда применятся нынешний метод синтезирования. Сверхузкие (около 7-8 нанометров) двумерные материалы, выращенные учеными HRI-US, демонстрируют квантовый перенос электронов, известный как колебание кулоновской блокады, при температурах около 60 К (или -213° C), что примерно в 15 раз выше, чем у материалов, синтезированных обычными методами (4 К или -269° C). Это открывает путь к созданию более энергоэффективных квантовых устройств.
Аветик Арутюнян, старший научный сотрудник HRI-US и соавтор статьи в журнале Science Advances: «Наша новая технология выращивания вводит ширину как дополнительную степень свободы в атомарно тонких слоистых материалах, раскрывая новое поведение электронов в них. Возможности применения этой технологии чрезвычайно широкие. Мы видим их в высокоскоростной электронике с низким энергопотреблением, спинтронике, квантовом зондировании, квантовых и нейроморфных вычислениях».
Доктор Сюфан Ли, старший научный сотрудник HRI-US и ведущий автор статьи: «Эта новая технология синтеза – важный прорыв в области выращивания двумерных материалов. Нам удалось добиться контроля нано-ленты MoS2 с шириной в масштабе атомов, используя наночастицы никеля, что обеспечивает рост нано-волокна путем пар-жидкость-твердое вещество (VLS). Мы хотим управлять краевыми структурами нано-лент другим способом, чтобы изменить их электронные свойства».
Исследования свойств материалов, синтезированных в HRI-US, поддержали ученые двух университетов и национальной лаборатории:
- Д-р Байчан Ли, д-р Ян Лю и профессор Джеймс Хоун из отдела машиностроения и Центра исследований материалов и инженерии (MRSEC) Колумбийского университета, изучали электронные свойства материала.
- Доктор Джинченг Лей, доктор Ксения В. Бетс и профессор Борис И. Якобсон кафедры материаловедения и наноинженерии Университета Райса, провели теоретические исследования на предмет роста материала.
- Д-р Сяхан Санг и д-р Рэймонд Р. Юночич из Центра науки о нанофазных материалах Окриджской национальной лаборатории, определили характеристики материала с атомным разрешением.
- Эммануэль Окогбу, участвовал в синтезе материалов, работая стажером в Исследовательском институте Honda в США.
Исследовательский институт Honda в США (Honda Research Institute USA, Inc. – HRI-US) проводит исследования для решения сложных задач в соответствии с текущей и будущей технологической дорожной картой Honda, а также развивает стратегические партнерские отношения с государственными и частными учреждениями в целях продвижения инноваций. HRI-US со штаб-квартирой в Силиконовой долине была основана в 2003 году. Больше информации об этом на сайте: http://usa.honda-ri.com/.