Dvojrozmerný materiál môže čiastočne nahradiť kremík v elektronike

Kremík nájdeme v telefónoch, počítačoch a akejkoľvek ďalšej elektronike. Je totiž základným materiálom na výrobu polovodičov, z ktorých sa vyrábajú ich komponenty. Tento po desaťročia používaný prvok však dosiahol svoje limity.

13.04.2022 06:00
dvojrozmerny Foto:
Grafické znázornenie štruktúry typického 2D materiálu s hrúbkou jeden atóm.
debata (3)

Vedci z Ústavu fyzikálnej chémie J. Heyrovského AV SR popísali vlastnosti jodidu chromitého, materiálu, ktorý by mohol rolu kremíka čiastočne zastúpiť. Významnú štúdiu publikoval odborný časopis Physical Review B.

Elektronika prechádza neustálym procesom miniaturizácie. Lenže jej základné súčiastky nemôžu byť kvôli fyzikálnym vlastnostiam kremíka oveľa menšie. Nádeje odborníkov sa upínajú k pokročilým 2D materiálom.

Štruktúra dvojrozmerných materiálov pripomína pravidelnú sieť s hrúbkou jediného atómu. Hoci sa predpokladá, že existujú stovky takýchto jednovrstvových materiálov, ich vlastnosti nie sú dostatočne preskúmané. Prvý z nich, grafén, totiž vedci objavili iba pred pätnástimi rokmi. „Existuje ich celá rodina. Okrem grafénu, čo je polokov, zahŕňa aj izolanty, polovodiče, supravodiče, alebo magnety,“ popisuje ich špecifické vlastnosti Martin Kalbáč z Ústavu fyzikálnej chémie J. Heyrovského AV ČR.

velryba Čítajte aj Umelé veľrybie výkaly by podľa niektorých vedcov mohli zachrániť planétu

Martin Kalbáč sa s kolegami vo svojom bádaní zamerali na jodid chromitý, materiál s chemickým vzorcom CrI3. Jeho štruktúru tvorí jediná vrstva atómov chrómu a jódu s hrúbkou približne jedného nanometra. Experimenty mali za cieľ poodhaliť, ako sa bude materiál správať v rôznych tlakových a teplotných podmienkach. „Kryštál sme podrobili vysokému tlaku, 20 gigapascalov a viac, a zmeny magnetického stavu sme sledovali spektrometrom,“ vysvetľuje postup experimentu Haider Golam z toho istého ústavu.

Nové a nečakané vlastnosti

Tím zistil, že pri tlaku do 22 gigapascalov sa materiál správa ako takzvaný feromagnet. Prechádza spontánnou magnetizáciou, kedy sa spiny všetkých jeho elektrónov zorientujú do jedného smeru. Naopak pri tlaku vyššom, nad 30 gigapascalov, začne vykazovať vlastnosti antiferomanetu. Pri ňom sa spiny usporiadajú protichodne a materiál nevykazuje takmer žiadny vonkajší magnetizmus.

lev Čítajte aj Hormón oxytocín zbližuje aj levy, pokiaľ nejde o jedlo

Odborníkov ale zaujímali vlastnosti kryštálu po tom, ako ho vystavili nízkej teplote. Medzi spomínanými 22–30 gigapascalmi sa jodid chromitý začal správať ako takzvané spinové sklo. „Spiny elektrónov tu môžu zaujať mnoho rôznych usporiadaní, nie sú periodicky usporiadané ako v bežných magnetoch,“ dopĺňa Jana Kalbáčová Vejpravová z Univerzity Karlovej. Názov spinové sklo pramení z toho, že svojim atomárnym usporiadaním pripomína štruktúru kremíka a kyslíka v skle.

Rýchlejší záznam a viac dát

Táto vlastnosť sa obzvlášť hodí na výrobu záznamových zariadení, napríklad pamätí. „Magnetické ukladanie dát je jedným z klasických spôsobov, ako zachovávať informácie,“ opisuje Martin Kalbáč a dodáva, že magnetizmus je v princípe spôsobený práve spinom elektrónov v atómoch.

Na magnetické disky sa dáta ukladajú tak, že sa pri zázname vytvorí stabilná orientácia jedného pólu. Tá určuje binárnu informáciu (1 alebo 0), ktorú je možné neskôr prečítať. „Očakáva sa, že veľkou výhodou budúcej elektroniky vyrobenej z materiálov ako je jodid chromitý bude odolnosť voči vonkajšiemu rušeniu a šumu.“

DNA Čítajte aj Vedcom sa po prvýkrát podarilo rozlúštiť celý ľudský genóm

Podobné technológie sú jednou z nádejných ciest, ako zvýšiť kapacitu pamätí a znížiť ich veľkosť. Pretože má 2D materiál na šírku obyčajný atóm, súčiastka môže mať viac priestoru na záznam. Avšak podľa Martina Kalbáča sa elektronika svojej závislosti na kremíku touto cestou hneď tak nezbaví. „Vhodná kombinácia 2D materiálov však môže poskytnúť jedinečné možnosti pre návrh zariadení, ktoré budú mať lepšie vlastnosti ako tie, ktoré sú postavené úplne na báze kremíka.“

Zdroj: Jan Hanáček, Divízia vonkajších vzťahov SSČ AV ČR

3 debata chyba
Viac na túto tému: #počítač #chémia #vedci #výskum #telefón #elektronika #kremík
Čítajte Pravdu bez reklamy

Svižnejší web a články bez rušenia. Žiadne reklamy iba za 1,50 € mesačne.

Pravda bez reklamy