De afbeelding hierboven toont een schets van verschillende onderzoeksthema’s die momenteel worden onderzocht in elektronische materialen met gebogen geometrieën op nanoschaal. Van links naar rechts: geometriegestuurd kwantumspintransport, spin-triplet Cooper-paren in supergeleiders, magnetische texturen in kromlijnige structuren. Krediet: Universiteit van Manchester
In een onlangs gepubliceerd artikel in Natuur Elektronica, onderzocht een internationale onderzoeksgroep uit Italië, Duitsland, het VK en China belangrijke ontwikkelingsrichtingen op het gebied van elektronische materialen met gebogen geometrieën op nanoschaal. Van micro-elektronische apparaten met verbeterde functionaliteit tot grootschalige nanomembranen bestaande uit netwerken van elektronische sensoren die betere prestaties kunnen leveren.
De wetenschappers beweren dat opwindende ontwikkelingen veroorzaakt door kromming op nanoschaal hen in staat stellen een volledig nieuw veld te definiëren: gebogen nano-elektronica. Het artikel onderzoekt in detail de oorsprong van krommingseffecten op nanoschaal en illustreert hun potentiële toepassingen in innovatieve elektronische, spintronische en supergeleidende apparaten.
Ook gebogen solid-state structuren bieden veel toepassingsmogelijkheden. Op microscopisch niveau leiden vormvervormingen in elektronische nanokanalen tot complexe driedimensionale spintexturen met een ongebonden potentieel voor nieuwe concepten in spin-orbitronica, die zullen helpen bij de ontwikkeling van energie-efficiënte elektronische apparaten.
Krommingseffecten kunnen in een semimetallische nanodraad ook het genereren van topologische isolerende fasen bevorderen die kunnen worden benut in nanodevices die relevant zijn voor kwantumtechnologieën, zoals kwantummetrologie. In het geval van magnetisme smeedt kromlijnige geometrie direct de magnetische uitwisseling door een effectieve magnetische anisotropie te genereren, waardoor een groot potentieel wordt voorspeld voor het ontwerpen van magnetisme op aanvraag.
Dr. Ivan Vera-Marun van het National Graphene Institute aan de Universiteit van Manchester merkte op: “Kromheid op nanoschaal en de bijbehorende spanning resulteren in opmerkelijke effecten in grafeen en 2D-materialen. De ontwikkeling ter voorbereiding van hoogwaardige verlengde dunne films, evenals het potentieel om die architecturen na hun fabricage willekeurig opnieuw vorm te geven, heeft de eerste experimentele inzichten mogelijk gemaakt in hoe de volgende generatie elektronica compliant en dus integreerbaar kan zijn met levende materie.”
Het artikel beschrijft ook de methoden die nodig zijn om kromlijnige nanostructuren te synthetiseren en te karakteriseren, inclusief complexe 3D-nanoarchitecturen zoals halfgeleidernanomembranen en opgerolde sandwiches van 2D-materialen, en belicht belangrijke gebieden voor de toekomstige ontwikkelingen van gebogen nano-elektronica.
Meer informatie:
Paola Gentile et al, Elektronische materialen met gebogen geometrieën op nanoschaal, Natuur Elektronica (2022). DOI: 10.1038/s41928-022-00820-z
Tijdschrift informatie:
Natuur Elektronica
Aangeboden door de Universiteit van Manchester