Istraživači sa sveučilišta u Tel Avivu konstruirali su najsitniju tehnologiju na svijetu, s debljinom od samo dva atoma. Prema istraživačima, nova tehnologija predlaže način za pohranu električnih informacija u najtanjoj jedinici poznatoj u znanosti, u jednom od najstabilnijih i inertnih materijala u prirodi. Dopušteno kvantno-mehaničko probijanje elektrona kroz atomsko tanki film može pojačati postupak čitanja informacija mnogo dalje od trenutnih tehnologija.
Istraživanje su izveli znanstvenici s Škole fizike i astronomije Raymond i Beverly Sackler te Kemijske škole Raymond i Beverly Sackler. Skupinu čine Maayan Vizner Stern, Yuval Waschitz, dr. Wei Cao, dr. Iftach Nevo, prof. Eran Sela, prof. Michael Urbakh, prof. Oded Hod i dr. Moshe Ben Shalom. Djelo je sada objavljeno u časopisu Science.
“Naše istraživanje proizlazi iz znatiželje o ponašanju atoma i elektrona u čvrstim materijalima, što je generiralo mnoge tehnologije koje podržavaju naš suvremeni način života”, kaže dr. Shalom. “Mi, kao i mnogi drugi znanstvenici, pokušavamo razumjeti, predvidjeti, pa čak i kontrolirati fascinantna svojstva ovih čestica dok se kondenziraju u uređenu strukturu koju nazivamo kristalom. U srcu računala, na primjer, leži sićušni kristalni uređaj dizajniran za prebacivanje između dva stanja, koji ukazuju na različite odgovore – ‘da’ ili ‘ne’, ‘gore’ ili ‘dolje’ itd. Bez ove podvojenosti – nije moguće kodirati i obraditi informacije. Praktični je izazov pronaći mehanizam koji bi omogućio prebacivanje u mali, brzi i jeftini uređaj. “
Trenutačni najsuvremeniji uređaji sastoje se od sitnih kristala koji sadrže samo oko milijun atoma (stotinjak atoma u visinu, širinu i debljinu), tako da se milijun tih uređaja može istisnuti oko milijun puta u to područje jednog novčića, pri čemu se svaki uređaj prebacuje brzinom od oko milijun puta u sekundi.
Nakon tehnološkog proboja, istraživači su prvi put uspjeli smanjiti debljinu kristalnih uređaja na samo dva atoma. Dr. Shalom naglašava da tako tanka struktura omogućuje sjećanja temeljena na kvantnoj sposobnosti elektrona da uskoče brzo i učinkovito kroz barijere debele samo nekoliko atoma. Dakle, to može značajno poboljšati elektroničke uređaje u smislu brzine, gustoće i potrošnje energije.
U studiji su istraživači koristili dvodimenzionalni materijal: slojevi bora i dušika debljine jednog atoma, poredani u ponavljajuću heksagonalnu strukturu. U svom su eksperimentu uspjeli razbiti simetriju ovog kristala umjetnim sastavljanjem dva takva sloja. “U svom prirodnom trodimenzionalnom stanju, ovaj se materijal sastoji od velikog broja slojeva postavljenih jedan na drugi, pri čemu je svaki sloj rotiran za 180 stupnjeva u odnosu na svoje susjede (antiparalelna konfiguracija)” – kaže dr. Shalom. “U laboratoriju smo uspjeli umjetno složiti slojeve u paralelnoj konfiguraciji bez rotacije, što hipotetički stavlja atome iste vrste u savršeno preklapanje usprkos snažnoj odbojnoj sili između njih (koja proizlazi iz njihovih identičnih naboja). Međutim, kristal radije lagano klizi jedan sloj u odnosu na drugi, tako da se samo polovica atoma svakog sloja savršeno preklapa, a oni koji se preklapaju su suprotnih naboja, dok su svi ostali smješteni iznad ili ispod praznog prostora – središte šesterokuta. U ovoj konfiguraciji umjetnog slaganja slojevi se međusobno prilično razlikuju. Na primjer, ako se u gornjem sloju preklapaju samo atomi bora, u donjem je obrnuto. “
Dr. Shalom također ističe rad teorijskog tima koji je proveo brojne računalne simulacije; “Zajedno smo uspostavili duboko razumijevanje zašto se elektroni sustava raspoređuju onako kako smo mjerili u laboratoriju. Zahvaljujući ovom temeljnom razumijevanju, očekujemo fascinantne odgovore i u ostalim slojevitim sustavima slomljenim simetrijom ” – ističe dr. Shalom.
Maayan Wizner Stern, dr. Sc., student koji je vodio istraživanje objašnjava da “prekid simetrije koji smo stvorili u laboratoriju, a koji ne postoji u prirodnom kristalu, prisiljava električni naboj da se reorganizira između slojeva i generira sićušnu unutarnju električnu polarizaciju okomitu na ravninu sloja . Kada primijenimo vanjsko električno polje u suprotnom smjeru, sustav klizi bočno da bi promijenio orijentaciju polarizacije. Preklopljena polarizacija ostaje stabilna čak i kad se vanjsko polje isključi. U tome je sustav sličan debelim trodimenzionalnim feroelektričnim sustavima, koji se danas široko koriste u tehnologiji.”
“Sposobnost forsiranja kristalnog i elektroničkog rasporeda u tako tankom sustavu, s jedinstvenim polarizacijskim i inverzijskim svojstvima koja proizlaze iz slabih Van der Waalsovih sila između slojeva, nije ograničena na kristal bora i dušika”, dodaje dr. Shalom. “Očekujemo ista ponašanja u mnogim slojevitim kristalima s pravim svojstvima simetrije. Koncept međuslojnog klizanja kao originalan i učinkovit način upravljanja naprednim elektroničkim uređajima vrlo obećava, a mi smo ga nazvali Slide–Tronics.”
Stern zaključuje da su “uzbuđeni zbog otkrivanja onoga što se može dogoditi u drugim državama koje prisiljavamo na prirodno i predviđaju da su moguće druge strukture koje spajaju dodatne stupnjeve slobode. Nadamo se da će minijaturizacija i listanje klizanjem poboljšati današnje elektroničke uređaje, a štoviše, dopustiti druge originalne načine upravljanja informacijama u budućim uređajima. Uz računalne uređaje, očekujemo da će ova tehnologija pridonijeti detektorima, pohrani i pretvorbi energije, interakciji sa svjetlošću itd. Naš je izazov, kako mi vidimo, otkriti još kristala s novim razinama slobode. “
Piše//Autor//Izvor: Iva Slavica Ilić// Phys//Sveučilišta u Tel-Avivu
