Silitseenist transistor röövis grafeenilt tähelepanu

$content['photos'][0]['caption'.lang::suffix($GLOBALS['category']['lang'])]?>
Silitseen (kuldne) hõbedast aluspinnal (roheline). Autor/allikas: Dr Patrick, Vogt TU Berlin and Aix-Marseille ülikool

Üliõhukesed materjalid ilmutavad tihti eksootilisi ja kasulikke omadusi, mida paksematest materjalidest ei leia. Teadlastel on läinud nüüd korda luua esimene silitseenist ehk ühe aatomkihi paksusel ränil põhinevtransistor, mis võiks sillutada teed tänastest kiipidest kordades kiiremate pooljuhtseadeldiste loomisele.

Uute materjalide seas on viimastel aastatel kuningana rambivalguses sädelenud pea ainuisikuliselt grafeen. Ühe aatomkihi paksune süsiniku kiht, millel on mitmeid haruldasi elektrilisi, soojuslikke ja mehaanilisi omadusi. Materjal juhib elektrit paremini, kui ükski teine tänaseks Maalt leitud aine. Ent grafeeni hämmastavad omadused on ka selle needuseks. Materjalil puudub keelutsoon. Grafeenis saavad eksisteerida igasuguses energeetilises olekus elektronid, mis voolavad igal energial. Samal ajal võib keelutsoone pidada nüüdisaegse elektroonikatööstuse üheks alustalaks.

Just valents- ja juhtivustsoonide vahelised piirkonnad kujutavad endas lülitit, mille abil üksikuid transistore sisse ja välja lülitada ning kasutada tuttavaid binaarloogika funktsioone. Viimane tähendab, et ainult grafeenist koosnevate arvutikiipide ehitamine on raske kui mitte võimatu. Nõnda oleks alternatiiviks silitseen, mille elektrilised omadused on vähemalt paberil grafeeniga võrreldavad. Kuid erinevalt grafeenist turritavad mõned silitseeni moodustavad aatomid üldisest tasandist kõrgemale, moodustades kurde, milles on elektronide energeetiline olek veidi teistsugune.

Süsiniku asemel räni kasutamine oleks elektroonikatööstusele äärmiselt meeltmööda. Ent omad deemonid on ka silitseenil. Materjali ei kohta vabas looduses põhjusega – silitseeni isoleerimine on niivõrd raske, et materjali eksistentsis kaheldi veel eelmisel aastal. Kui grafeeni tootmiseks piisab äärmisel juhul vaid pliiatsisöest ja kleeplindist, siis uues töös pidid Texase ülikooli materjaliteadlased eesotsas Deji Akinwandega sadestama vaakumis räni hõbedakristallile. Õhu käes on silitseen äärmiselt ebastabiilne.

Silitseenil põhineva transistori loomiseks kasvatas Akinwande esmalt hõbeda kihile silitseeni kihi ja kattis selle omakorda alumiiniumiga, et paigutada selle siis ümberpööratult ränioksiidile. Viimaks eemaldas töörühm hoolikalt osa hõbedast, jättes alles vaid kaks elektroodidena käituvat saarekest. Kuigi seade oli vaakumis stabiilne, jäi selle elueaks õhu käes pelgalt kaks minutit. Samas andis see piisavalt palju aega, et kontrollida materjali kohta tehtud ennustusi ja panna proovile üldine kontseptsioon. Kuigi silitseeni elektronid osutusid võrreldes grafeeni omadega loiuks, suudeti keelutsooni olemasolu siiski kinnitada.

Töörühm loodab, et töötav transistor äratab silitseeni vastu uut huvi. Samas jääb ebaselgeks, kas pikemas perspektiivis on materjalist kergem majanduslikku kasu lõigata kui grafeenist. Eriti arvestades, et vähemal paberil leidub mitmeid lahendusi, kuidas luua keelutsoone ka grafeenis. Lisaks peab silitseen konkureerima muu hulgas ka germaneeni ja fosfeeniga.

Uurimus ilmus ajakirjas Nature Nanotechnology.

Toimetaja: Jaan-Juhan Oidermaa

Allikas: Nature Nanotechnology

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: