Wetenschappers hebben ontdekt dat nanostroken van quasi-1d-materialen een hoge elektrische stroomdichtheid hebben. Dat maakt het materiaal wellicht geschikt als opvolger van koper en silicium als geleidend materiaal voor interconnects.
Het onderzoek komt van de Amerikaanse universiteit UC Riverside, waar een team van wetenschappers zich al langer richt op 1d-materialen in plaats van 2d-materialen voor elektronica. Bij 2d-materialen gaat het om laagjes atomen en hierbij wordt grafeen bijvoorbeeld als interessante kandidaat gezien voor elektronica. Bij 1d-materiaal gaat het om ketens van atomen, wat toepassingen op nog kleinere schaal dan grafeen mogelijk maakt.
De onderzoekers werkten met zirconiumtritelluride, dat uit een keten van atomen in kristallijne configuratie bestaat. Die hebben niet het nadeel van een stroef oppervlak zoals polykristallijne metalen, zodat elektronen zich niet verspreiden. De onderzoekers denken dat dit de reden is voor de hoge elektrische stroomdichtheid van het 1d-materiaal.
Die stroomdichtheid is vijftig keer hoger dan koper en ligt bijna op het niveau van koolstofnanobuizen en grafeen. Op termijn is het wellicht mogelijk het materiaal als nanodraad te laten groeien. De elektronica- en halfgeleiderindustrie heeft in de toekomst materiaal op nanoschaal met hoge stroomdichtheid nodig, anders loopt de ontwikkeling naar kleinere componenten tegen een barrière aan.
Geïntegreerde schakelingen hebben een hogere stroomdichtheid nodig naarmate ze kleiner worden: hoe minder ruimte er is voor de elektronen, hoe lager de stromen en hoe langzamer de transistors. Het toepassen van hogere elektrische stromen op dunnere koperlijnen, kan tot oververhitting en daarmee tot breuken leiden.
Microscopische afbeelding van elektronica, gemaakt met eendimensionale ZrTe3-nanostroken. De metalen contacten zijn geel en zijn over het kanaal, in het groen, gelegd.
Waarom zou je in godsnaam termen gaan gebruiken die helemaal niet kloppen. 1 dimensie is haast net zo moeilijk voor te stellen als meer dan 3. En uiteraard is zowel grafeen als een keten van atomen gewoon 3-dimensionaal.
Elektronen gedragen zich anders als je een dimensie, dat wil zeggen lengte, dikte of breedte, van een materiaal heel klein maakt. Zo klein als de dikte van slechts enkele atomen. Als je begint bij een groot blok en 1 dimensie hiervan verkleint tot een paar atomen krijg je als het ware een hele dunne plaat. De elektronen veranderen in dit systeem hun karakteristieke eigenschappen. Hierom wordt dit ook wel een 2D systeem genoemd. Natuurlijk is dit niet echt mathematisch 2D, maar de eigenschappen van dit systeem zijn dusdanig anders dat het zo wordt genoemd.
Doe je dit vervolgens in nog een dimensie, dan krijg je dus het 1D materiaal waar het in het artikel over gaat.
Je kan zelfs nog verder gaan en een zogenaamd 0D systeem maken, die net zo klein is als een paar atomen, dit wordt ook wel een kunstmatig atoom genoemd.
Met dimensies worden hier niet de afmetingen van de atomaire structuren bedoeld. Want hoe klein je ze ook maakt, alle structuren en zelfs één enkele atoom heeft altijd een bepaalde afmeting in alle drie de dimensies (X, Y en Z) groter dan 0.
Hier wordt bedoeld in hoeveel dimensies een elektron van atoom naar atoom kan bewegen. In de meeste materialen kan een elektron in alle drie dimensies van atoom naar atoom bewegen. In een materiaal dat slechts uit één laag atomen bestaat, kan een elektron slechts in twee dimensies van atoom naar atoom bewegen, want in de derde dimensie zijn er geen atomen. In een materiaal dat slechts uit een keten atomen bestaat, kan een elektron slechts in één dimensies van atoom naar atoom bewegen, want in de andere twee dimensies zijn er geen atomen.
een kunstmatig atoom is alles met meer dan 94 protonen in z'n kern, dwzv komt niet in de natuur voor, alleen door de mens gemaakt en soms extreem korte halfwaardetijden bij de super-zware elementen (nr 118 stabielst bekende isotoop bijvoorbeeld "slechts" 0,69ms gemeten.