Исследовательская группа инженерного факультета Принстонского университета разработала ультратонкий полупроводниковый материал, который можно «программировать» с помощью света. Этот материал толщиной всего в несколько молекул способен многократно изменять свои электронные и оптические свойства под воздействием света разных длин волн, обеспечивая цикл «программирование — стирание — перепрограммирование». Данное достижение может способствовать созданию энергоэффективных датчиков, новых оптоэлектронных устройств и вычислительных технологий. Результаты исследования опубликованы в последнем номере журнала Science Advances.
Исследователи разработали ультратонкий полупроводник, который может многократно изменять свои свойства в зависимости от освещения. Источник изображения: официальный сайт Принстонского университета
За последние десятилетия полупроводниковая промышленность в основном повышала вычислительную производительность и энергоэффективность за счёт постоянного уменьшения размеров устройств. Однако по мере приближения характерных размеров чипов к физическим пределам дальнейшее миниатюризация полупроводниковых устройств сталкивается со всё большими трудностями. Поэтому команда начала исследовать новые полупроводниковые материалы с динамически регулируемыми свойствами, надеясь стимулировать развитие электронных технологий, воздействуя на сам материал.
В настоящее время традиционные полупроводники, широко применяемые в таких электронных устройствах, как телевизоры и компьютеры, в основном управляются электрическими сигналами. После изготовления материала его электропроводность обычно не претерпевает существенных изменений. Разработанный же в ходе данного исследования полупроводниковый материал способен активно реагировать на внешние раздражители и изменять свои свойства в соответствии с потребностями.
Команда объединила ультратонкий полупроводниковый материал со светочувствительными молекулами. Эти молекулы претерпевают структурные изменения под воздействием света разных длин волн, что, в свою очередь, изменяет электронные свойства внутри полупроводника, позволяя регулировать проводимость и оптический отклик материала с помощью световых сигналов. В отличие от традиционных полупроводников, чьи характеристики после изготовления остаются практически неизменными, этот новый материал способен динамически адаптировать своё состояние в зависимости от условий освещения и может многократно программироваться и стираться. Такая регулировка материала — не простое переключение «включено-выключено», а возможность непрерывного изменения. Изменяя условия освещения, можно постепенно регулировать степень отклика материала и при необходимости обращать его вспять, что придаёт материалу более гибкие программируемые свойства.
В настоящее время команда уже изготовила ультратонкий полупроводниковый материал размером около одного квадратного дюйма с однородными свойствами и создала на его основе массив программируемых электронных переключателей. Этот результат свидетельствует о том, что материал уже обладает потенциалом для масштабирования до более крупных интегрированных систем.