Стираемый полупроводник программируется с помощью света

Исследователи из Принстонского инженерного университета создали полупроводник с уникальными свойствами: его толщина составляет всего несколько молекул и он может многократно изменять свои свойства в зависимости от воздействия света. Это шаг на пути к созданию более энергоэффективных датчиков, оптоэлектронных устройств и компьютерных технологий.

Достижения в области полупроводников за последние 50 лет позволили инженерам создавать все более компактные полупроводниковые устройства и более эффективные компьютеры. Но этот подход выходит за свои физические пределы — полупроводниковые устройства настолько малы, что сложно добавлять больше устройств. В настоящее время исследователи создают новые материалы, а не сокращают существующие.

"Одна из будущих целей развития электроники заключается не только в уменьшении размеров материалов, но и в том, чтобы сделать их адаптируемыми и более умными", - сказал Джейхун Джи, научный сотрудник, защитивший докторскую диссертацию, и первый автор статьи, опубликованной 1 июля в журнале Science Advances.

Современные полупроводники, используемые для питания всего, от телевизоров до ноутбуков и микроволновых печей, реагируют на электрические сигналы. После изготовления способ их проведения электричества практически не меняется. Этот новый материал, напротив, является чувствительным и изменчивым.

"Первым шагом к созданию интеллектуальных материалов является оперативность", - сказал Сайен Се, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники и ведущий автор статьи. "Живые системы чрезвычайно умны, потому что они постоянно ощущают окружающую среду и реагируют на нее. Мы хотели создать материал, который мог бы аналогичным образом реагировать на внешние раздражители, а не оставаться постоянно неподвижным".

Для достижения этой цели команда объединила сверхтонкий полупроводник со светочувствительными молекулами, которые меняют структуру при воздействии различных длин волн. Эти изменения изменяют электронные свойства полупроводника, позволяя программировать, стирать и перепрограммировать его оптические характеристики с помощью света.

Это означает, что материал не функционирует как простой переключатель. "Вместо того, чтобы сразу переключаться с нуля на единицу, мы можем постепенно регулировать реакцию материала, а затем повернуть процесс вспять", - сказал Цзи.

Се, Цзи и их коллеги создали однородную деталь из этого сверхтонкого полупроводника площадью 1 квадратный дюйм. Используя это, они создали массивы программируемых электронных переключателей, что стало шагом к созданию более крупных интегрированных систем. Далее они работают над соединением этих переключателей в единую схему, которая является основным строительным блоком для любого сложного электронного устройства.

"Our long-term vision is to build electronics whose functionality is no longer fixed during fabrication," Xie said. "Instead, we want devices whose properties can be dynamically reconfigured after they are made. This work demonstrates an important step toward that goal."