Nano Mühəndislikdə Yeni Sıçrayış: Enerji İtkisinin Azaldılması

Michigan Universitetinin tədqiqatçıları elektronika sahəsində uzun müddətdir həll edilməyə çalışılan bir problemi aradan qaldırıblar: elektronlar əvəzinə eksitonlardan istifadə edən cihazların yaradılması. Eksitonlar, elektron və onun əks yüklü 'boşluğu' arasında yaranan neytral hissəciklərdir və elektrik yükü daşımadıqları üçün enerji itkisini əhəmiyyətli dərəcədə azaldırlar.

Yeni Cihazın Dizaynı və Performansı

Tədqiqatçılar nano mühəndislik optoeksitonik (NEO) cihazını hazırlamaq üçün volfram diselenid (WSe2) monolayından və silikon dioksid (SiO2) nanotəpəsindən istifadə ediblər. Bu cihaz ənənəvi açarlarla müqayisədə enerji itkisini 66% azaldıb və otaq temperaturunda 19 dB-lik yüksək on–off nisbəti ilə bazarda mövcud ən yaxşı cihazlarla rəqabət aparır.

Elektronların Hərəkətindəki Problemlər

Elektronların keçiricilər vasitəsilə hərəkəti zamanı müqavimət yaranır və bu, enerjinin istilik kimi itirilməsinə səbəb olur. Bu proses nəticəsində noutbuklar, smartfonlar və digər cihazlar qızır. Eksitonlar isə elektrik yükü daşımadığı üçün bu itkiləri minimuma endirir. Lakin eksitonların yüklərinin olmaması onların sürətli və istiqamətli hərəkətini çətinləşdirirdi.

Texnoloji Nailiyyətlər və Perspektivlər

Tədqiqatçılar volfram diselenid təbəqəsini xüsusi dizayn edilmiş silikon dioksid nanotəpəsinə yerləşdirərək eksitonların işıq və qaranlıq rejimlərdə güclü qarşılıqlı təsirini təmin ediblər. Bu quruluş eksitonların 400%-ə qədər daha uzaq məsafələrə və daha sürətli hərəkət etməsinə imkan yaradıb.

Eyni zamanda, cihazın fotonik bələdçi olaraq istiqamətverici qüvvə yaratması eksitonların bir istiqamətdə dəqiq şəkildə hərəkət etməsini təmin edib. Bu, eksiton axınını idarə etmək üçün enerji baryeri formalaşdıraraq siqnalı 'söndürmək' və ya 'yandırmaq' funksiyasını həyata keçirib.

Gələcək İstifadə Sahələri

Bu nəticələr göstərir ki, xüsusi struktur dizaynı eksitonların daşınmasını artıraraq onları idarə etməyə imkan verir. Bu, elektronika və fotonika arasında boşluğu aradan qaldıracaq növbəti nəsil eksitonik cihazların inkişafına yol açır.

Tədqiqatın nəticələri "ACS Nano" jurnalında dərc olunub.

Mənbə:

Zhaohan Jiang və digərləri, "Nanoengineered Optoexcitonic Switch," ACS Nano (2025). DOI: 10.1021/acsnano.5c05057