Открытие новой структуры сверхрешетки, проявляющей анизотропный эффект Холла.
(а) Анизотропный эффект Холла.
(b) Изображение поперечного сечения структуры сверхрешетки 2D-VS2/1D-VS, полученное с помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии (STEM).
(c) Схематическая модель гибридной сверхрешетки 2D/1D.
Кредит: YC Лин

Прорывы в современной микроэлектронике зависят от понимания и управления движением электронов в металле. Уменьшение толщины металлических листов до порядка нанометров может обеспечить точный контроль над движением электронов металла. Таким образом можно придать свойства, которых нет у массивных металлов, например, сверхбыструю проводимость электричества. Теперь исследователи из Университета Осаки и их партнеры синтезировали новый класс наноструктурированных сверхрешеток. Это исследование обеспечивает необычайно высокую степень контроля над движением электронов в металлических полупроводниках, что обещает повысить функциональность повседневных технологий.

Точная настройка архитектуры металлических нанолистов и, таким образом, содействие расширенным функциям микроэлектроники остается постоянным направлением работы во всем мире. Фактически, по этой теме было присуждено несколько Нобелевских премий. Исследователи обычно синтезируют наноструктурированные сверхрешетки — регулярно чередующиеся слои металлов, соединенные вместе — из материалов одинакового размера; например, многослойные 2D-листы. Ключевым аспектом работы настоящих исследователей является легкое изготовление разномерных сверхрешеток; например, цепочки одномерных наночастиц, зажатые внутри двумерных нанолистов.

«Наноразмерные гетероразмерные сверхрешетки, как правило, сложно изготовить, но они могут проявлять ценные физические свойства, такие как анизотропная электропроводность», — объясняет Юнг-Чанг Лин, старший автор. «Мы разработали универсальные средства подготовки таких структур, и при этом мы вдохновим на синтез широкого спектра нестандартных надстроек».

(а) Обычная модель структуры сверхрешетки, состоящая из различных двумерных материалов.
(b) Недавно открытая модель сверхрешетчатой ​​структуры, состоящая из двумерных (пленочных) и одномерных (цепочечных) материалов.
Кредит: YC Лин

Исследователи использовали химическое осаждение из паровой фазы — распространенный в промышленности метод нанопроизводства — для изготовления сверхрешеток на основе ванадия. Эти магнитные полупроводники демонстрируют так называемый анизотропный аномальный эффект Холла (АЭХ): это означает направленно сфокусированное накопление заряда в условиях магнитного поля в плоскости (в котором обычный эффект Холла не наблюдается). Обычно АЭХ наблюдается только при сверхнизких температурах. В настоящем исследовании АЭХ наблюдался при комнатной температуре и выше, по крайней мере, до температуры кипения воды. Генерация АЭХ при практических температурах облегчит его использование в бытовых технологиях.

(а) Атомная модель стэкинговой структуры сверхрешетки VS2-VS, вид сверху. Красные и желтые шары представляют атомы V и S.
(б) Атомная модель сверхрешетки VS2-VS, вид сбоку. Зеленый прямоугольник — элементарная ячейка сверхрешетки.
(c, d) STEM-изображения структуры сверхрешетки 2D-пленка/1D-цепь/2D-пленка (VS2/VS/VS2) и 2D-пленка/1D-цепь/2D-пленка/1D-цепь/2D-пленка (VS2 /VS/VS2/VS/VS2) структура сверхрешетки и соответствующие смоделированные STEM-изображения.
(e) Электронные потери энергии вблизи краевой тонкой структуры L-края атома V.
Кредит: YC Лин

«Ключевым обещанием нанотехнологии является предоставление функций, которые вы не можете получить из объемных материалов», — говорит Лин. «Наша демонстрация нетрадиционного аномального эффекта Холла при комнатной температуре и выше открывает множество возможностей для будущих полупроводниковых технологий, доступных для обычных процессов нанопроизводства».

Настоящая работа поможет улучшить плотность хранения данных, эффективность освещения и быстродействие электронных устройств. Тщательно контролируя наноразмерную архитектуру металлов, которые обычно используются в промышленности, исследователи создают уникальную универсальную технологию, что превосходит по функциональности природные материалы.

Статья «Гетеромерная сверхрешетка с аномальным эффектом Холла при комнатной температуре» была опубликована в журнале Nature.