Двухмерные материалы толщиной в несколько атомов обладают поразительными свойствами, например, могут переносить электрический заряд, не встречая сопротивления. Однако их интеграция в устройства и системы наподобие компьютерных чипов остается чрезвычайно сложным процессом — сверхтонкие структуры легко повредить стандартными промышленными методами производства: химическими веществами, высокой температурой или травлением. Команда специалистов из США придумала, как интегрировать 2D-материалы всего за один шаг и без потерь.
Производство таких комплексных систем, как компьютерные микрочипы, современными методами требует работы в наноскопическом масштабе с жестким материалом вроде кремния, которые затем нужно соединять с металлическими электродами и изоляционными слоями. Такой процесс может приводить к повреждению материала и образованию брака. Недавно ученые занялись исследованием метода создания устройств и систем снизу вверх, при помощи двухмерных материалов и процессов, требующих последовательного наслоения. Такой подход, в отличие от химических клеев или высоких температур, позволяет аккуратно скреплять хрупкие слои.
Главная функциональная особенность такого способа — способность формировать чистые, без дефектов, интерфейсы, которые удерживают вместе так называемые силы Ван-дер-Ваальса. Они возникают во взаимодействии молекул в определенных пределах энергий. Однако применение этих сил для создания действенных устройств прежде наталкивалась на трудности.
«Интеграция сил Ван-дер-Ваальса имеет фундаментальный предел, — сказала Фарназ Нирули из MIT, главный автор статьи. — Поскольку эти силы зависят от присущих материалам свойств, их нельзя напрямую интегрировать друг с другом при помощи одних только сил Ван-дер-Ваальса. Мы разработали платформу для воздействия на этот предел, чтобы сделать интеграцию этих сил более многоплановой и стимулировать появление на их основе двухмерных материалов с новыми и улучшенными свойствами».
Метод, предложенный учеными, основан на изменении поверхностных сил в наномасштабе, что позволяет создавать слои из двухмерных материалов на заранее подготовленном устройстве. Поскольку при этом 2D-материал остается неповрежденным, можно будет в полной мере исследовать уникальные оптические и электрические свойства этих материалов, пишет Phys.org.
Разработчики испытали свой метод, изготовив массив двухмерных транзисторов, которые приобрели новые возможности по сравнению с устройствами, созданными традиционными способами. Он оказался достаточно гибким, чтобы его можно было использовать с разнообразными материалами, в производстве компонентов для высокопроизводительных компьютеров, датчиков и гибкой электроники.
