به گزارش ایراسین به نقل از اویل پرایس، لایه های کربن مشتق شده از زغال سنگ به عنوان عایق های عالی در دستگاه های دو بعدی عمل می کنند، سرعت دستگاه را افزایش میدهند و از مصرف انرژی می‌کاهند.

مشارکت موسسات تحقیقاتی بزرگ و شرکت تولید نیمه رسانای تایوان، نشان دهنده تلاشی جدی برای تولید این دستگاه های مبتنی بر زغال سنگ در مقیاس صنعتی است.

این پروژه، یک تلاش مشترک تحقیقاتی از دانشگاه ایلینویز Urbana-Champaign، آزمایشگاه ملی فناوری انرژی، آزمایشگاه ملی Oak Ridge و شرکت تولید نیمه رسانای تایوان است که نشان داده است چگونه زغال سنگ می تواند نقش حیاتی در دستگاه های الکترونیکی نسل بعدی داشته باشد.

زغال سنگ یکی از فراوان ترین منابع منبع در ایالات متحده به شمار میرود که متأسفانه استفاده از آن به عنوان سوخت فسیلی قابل احتراق، باعث آلودگی هوا شده است. از آنجایی که این کشور در حال گذار به نسل جدیدی از ابزارهای تولید انرژی است، بررسی و ارزیابی مجدد نقش اقتصادی زغال سنگ بسیار مهم خواهد بود.

چینگ کائو، استاد دانشگاه علوم و مهندسی مواد و یکی از رهبران این همکاری میگوید: «زغال سنگ معمولاً به عنوان ماده ای در ابعاد بزرگ و بسیار ناخالص در نظر گرفته میشود، اما تکنیکهای پردازشی که ما توسعه داده ایم، میتواند آن را به موادی با ارزش بسیار بالا تبدیل کند. ساختارها و خواص اتمی منحصر به فرد زغال سنگ، برای ساخت کوچکترین وسایل الکترونیکی ممکن با عملکردی فوق العاده ایده آل است.

فرآیند توسعه یافته توسط NETL، ابتدا ذغال سنگ را به دیسک هایی کربنی در مقیاس نانو، به نام "نقاط کربنی" تبدیل می کند. طبق بررسی گروه تحقیقاتی U. of I. این نقاط کربنی می توانند برای تشکیل غشاهای نازک اتمی در ترانزیستورهای دو بعدی و ممریستورها استفاده شوند، فناوری هایی که برای ساخت وسایل الکترونیکی پیشرفته تر حیاتی خواهند بود.

مناسب برای دنیای الکترونیک دو بعدی

در راستای تلاش همیشگی ما برای ساخت وسایل الکترونیکی کوچکتر، سریعتر و کارآمدتر، گام نهایی دستگاه هایی خواهد بود که با موادی با ضخامت یک یا دو اتم ساخته میشوند. کوچکتر بودن دستگاهها از این حد غیرممکن است اما اندازه ی کوچک آنها باعث میشود بسیار سریعتر کار کنند و انرژی خیلی کمتری هم مصرف کنند.

در حالی که نیمه رساناهای فوق نازک به طور گسترده مورد مطالعه قرار گرفته اند، لازم است عایق های نازک اتمی - موادی که جریان های الکتریکی را مسدود می کنند - برای ساخت وسایل الکترونیکی کار مانند ترانزیستورها و ممریستورها وجود داشته باشد.

لایه های نازک اتمی کربن با ساختارهای اتمی نامنظم می توانند به عنوان یک عایق عالی برای ساخت دستگاه های دو بعدی عمل کنند. پژوهشگران این پروژه میگویند که چنین لایه های کربن را می توان از نقاط کربن حاصل از ذغال سنگ تشکیل داد.

برای نشان دادن توانایی های خود، گروه U. از I. به رهبری CAO دو نمونه از دستگاه های دو بعدی را ایجاد کردند.

کائو گفت: «این واقعاً بسیار هیجان انگیز است، زیرا این اولین باری است که زغال سنگ، چیزی که ما معمولاً آن را به عنوان یک فناوری قدیمی میشناسیم، مستقیماً با مرز های پیشرفت میکروالکترونیک مرتبط میشود.»

ترانزیستور دی الکتریک

گروه کائو از لایه های کربن مشتق شده از زغال سنگ به عنوان دی الکتریک دروازه در ترانزیستورهای دوبعدی ساخته شده بر روی گرافن نیمه فلزی یا دی سولفید مولیبدن نیمه رسانا استفاده کردند تا بیش از دو برابر سرعت عملکرد دستگاه را با مصرف انرژی کمتر فراهم کنند.

مانند سایر مواد نازک اتمی، لایه های کربن مشتق شده از زغال سنگ «پیوندهای آویزان» یا الکترون هایی که با پیوند شیمیایی مرتبط نیستند، ندارند.

این نمونه ها، که در سطح عایق های سه بعدی معمولی به وفور یافت میشوند، ویژگی های الکتریکی خود را با عملکرد مؤثر به عنوان «تله» تغییر میدهند و انتقال بارهای موبایل و در نتیجه سرعت سوئیچینگ ترانزیستور را کاهش میدهند.

با این حال، بر خلاف سایر مواد اتمی نازک، لایه های کربن جدید مشتق شده از زغال‌سنگ بی شکل هستند، یعنی ساختار منظم و کریستالی ندارند. به همین خاطر، آنها مرزی بین مناطق کریستالی مختلف که به عنوان مسیرهای هدایت منجر به "نشت" می شوند را ندارند. نشت، به جایی گفته میشود که جریان های الکتریکی نامطلوب از طریق عایق جریان می یابد و باعث مصرف انرژی اضافی قابل توجهی در طول عملیات دستگاه می شود.