Natuurkundigen ontdekken eerste transformeerbare elektronische apparaten op nanoschaal

De elektronische onderdelen op nanoschaal in apparaten zoals smartphones zijn solide, statische objecten die, eenmaal ontworpen en gebouwd, niet in iets anders kunnen veranderen. Maar natuurkundigen van de Universiteit van Californië, Irvine hebben de ontdekking gemeld van apparaten op nanoschaal die in veel verschillende vormen en maten kunnen veranderen, ook al bestaan ​​ze in vaste toestand.

Het is een bevinding die de aard van elektronische apparaten fundamenteel kan veranderen, evenals de manier waarop wetenschappers kwantummaterialen op atomaire schaal onderzoeken. De studie is gepubliceerd in Wetenschappelijke vooruitgang.

“Wat we hebben ontdekt, is dat je voor een bepaalde set materialen elektronische apparaten op nanoschaal kunt maken die niet aan elkaar plakken”, zegt Javier Sanchez-Yamagishi, een assistent-professor natuurkunde en astronomie wiens laboratorium het nieuwe onderzoek uitvoerde. “De onderdelen kunnen bewegen, waardoor we de grootte en vorm van een apparaat kunnen aanpassen nadat het is gemaakt.”

De elektronische apparaten kunnen net als koelkastdeurmagneten worden gewijzigd: ze worden erop geplakt, maar ze kunnen opnieuw worden geconfigureerd in elk gewenst patroon.

“Het belang van dit onderzoek is dat het een nieuwe eigenschap aantoont die in deze materialen kan worden gebruikt, waardoor fundamenteel verschillende soorten apparaatarchitecturen kunnen worden gerealiseerd, inclusief het mechanisch opnieuw configureren van delen van een circuit”, zegt Ian Sequeira, een Ph.D. . student in het laboratorium van Sanchez-Yamagishi.

Als het klinkt als sciencefiction, zei Sanchez-Yamagishi, dan is dat omdat wetenschappers tot nu toe dachten dat zoiets niet mogelijk was.

Sanchez-Yamagishi en zijn team, waar ook UCI Ph.D. student Andrew Barabas, waren niet eens op zoek naar wat ze uiteindelijk ontdekten.

“Het was absoluut niet wat we aanvankelijk van plan waren te doen”, zei Sanchez-Yamagishi. “We verwachtten dat alles statisch zou zijn, maar wat er gebeurde, was dat we bezig waren het te meten, en we botsten per ongeluk tegen het apparaat aan en we zagen dat het bewoog.”

Wat ze specifiek zagen, was dat kleine gouddraden op nanoschaal met zeer lage wrijving konden glijden bovenop speciale kristallen die van der Waals-materialen worden genoemd.

Door gebruik te maken van deze gladde interfaces, maakten ze elektronische apparaten gemaakt van vellen van één atoom dik van een substantie die grafeen wordt genoemd, bevestigd aan gouden draden die in een oogwenk kunnen worden omgezet in een verscheidenheid aan verschillende configuraties.

Omdat het elektriciteit zo goed geleidt, is goud een veelvoorkomend onderdeel van elektronische componenten. Maar hoe de ontdekking precies van invloed kan zijn op industrieën die dergelijke apparaten gebruiken, is onduidelijk.

“Het eerste verhaal gaat meer over de basiswetenschap ervan, hoewel het een idee is dat op een dag effect zou kunnen hebben op de industrie”, zei Sanchez-Yamagishi. “Dit ontkiemt het idee ervan.”

Ondertussen verwacht het team dat hun werk een nieuw tijdperk van kwantumwetenschappelijk onderzoek kan inluiden.

“Het zou de manier waarop mensen onderzoek doen op dit gebied fundamenteel kunnen veranderen”, zei Sanchez-Yamagishi.

“Onderzoekers dromen van flexibiliteit en controle in hun experimenten, maar er zijn veel beperkingen bij het omgaan met materialen op nanoschaal”, voegde hij eraan toe. “Onze resultaten laten zien dat wat ooit als vast en statisch werd beschouwd, flexibel en dynamisch kan worden gemaakt.”

Andere co-auteurs van de UCI zijn onder meer Yuhui Yang, een senior student aan de UCI, en postdoctoraal onderzoeker Aaron Barajas-Aguilar.