特拉维夫大学的研究人员设计了世界上最小的技术厚度只有两个原子

特拉维夫大学的研究人员设计了世界上最小的技术，厚度只有两个原子。据研究人员称，这项新技术提出了一种将电信息存储在科学已知的最薄单元中的方法，该单元是自然界中最稳定和惰性的材料之一。允许的量子力学电子隧道穿过原子级薄膜可能会大大超越当前技术来促进信息读取过程。

该研究由雷蒙德和贝弗利萨克勒物理与天文学学院以及雷蒙德和贝弗利萨克勒化学学院的科学家进行。该小组包括 Maayan Vizner Stern、Yuval Waschitz、曹魏博士、Iftach Nevo 博士、Eran Sela 教授、Michael Urbakh 教授、Oded Hod 教授和 Moshe Ben Shalom 博士。这项工作现在发表在《科学》杂志上。

“我们的研究源于对固体材料中原子和电子行为的好奇心，这产生了许多支持我们现代生活方式的技术，”沙洛姆博士说。“我们(和许多其他科学家)试图理解、预测甚至控制这些粒子的迷人特性，因为它们凝结成我们称之为晶体的有序结构。例如，在计算机的核心，有一个微小的晶体设计用于在指示不同响应的两种状态之间切换的设备——“是”或“否”、“向上”或“向下”等。没有这种二分法——就不可能对信息进行编码和处理。实际的挑战是找到一种能够在小型、快速且廉价的设备中进行切换的机制。”

当前最先进的设备由仅包含约一百万个原子(高度、宽度和厚度约一百个原子)的微小晶体组成，因此可以将一百万个这样的设备挤入该区域约一百万次一枚硬币，每个设备以每秒大约一百万次的速度切换。

随着技术突破，研究人员第一次能够将晶体器件的厚度减少到只有两个原子。Shalom 博士强调，如此薄的结构使基于电子量子能力的存储器能够快速有效地穿过只有几个原子厚的势垒。因此，它可以在速度、密度和能耗方面显着改善电子设备。

在这项研究中，研究人员使用了一种二维材料：一个原子厚的硼和氮层，以重复的六边形结构排列。在他们的实验中，他们能够通过人工组装两个这样的层来打破这种晶体的对称性。“在其自然的 3D 状态下，这种材料由大量相互叠加的层组成，每一层相对于其相邻层旋转 180 度(反平行配置)”Shalom 博士说。“在实验室中，我们能够在没有旋转的情况下人为地以平行配置堆叠这些层，尽管它们之间存在强大的排斥力(由它们的相同电荷引起)，但假设它们将相同类型的原子完美重叠。实际上。 ， 然而，晶体更喜欢将一层相对于另一层稍微滑动，这样每层原子中只有一半完全重叠，而那些重叠的原子则带有相反的电荷——而所有其他原子都位于空白空间的上方或下方——六边形的中心。在这种人工堆叠配置中，各层彼此完全不同。例如，如果在顶层只有硼原子重叠，那么在底层则相反。”

Shalom 博士还强调了理论团队的工作，他们进行了大量计算机模拟“我们一起深入了解了为什么系统的电子会像我们在实验室中测量的那样自行排列。由于这种基本理解，我们期待在其他对称性破坏的分层系统也是如此，”他说。

Maayan Wizner Stern，博士 领导这项研究的学生解释说：“我们在实验室中创造的对称性破坏，在天然晶体中不存在，迫使电荷在层之间重新组织，并产生垂直于层平面的微小内部电极化。当我们在相反方向施加外电场时，系统会横向滑动以切换极化方向。即使关闭外场，切换的极化仍然保持稳定。在这种情况下，该系统类似于厚的三维铁电系统，其在今天的技术中被广泛使用。”

“在如此薄的系统中强制晶体和电子排列的能力，具有独特的极化和反转特性，由层之间的微弱范德华力产生，不仅限于硼和氮晶体，”沙洛姆博士补充道。“我们期望在具有正确对称特性的许多层状晶体中具有相同的行为。层间滑动作为控制先进电子设备的原始有效方式的概念非常有前途，我们将其命名为 Slide-Tronics。”

斯特恩总结说，他们“很高兴发现在我们强加于自然的其他状态下会发生什么，并预测其他结合额外自由度的结构是可能的。我们希望小型化和滑动翻转将改进今天的电子设备，此外，允许在未来的设备中以其他原始方式控制信息。除了计算机设备，我们预计这项技术将有助于探测器、能量存储和转换、与光的交互等。正如我们所见，我们的挑战是发现更多具有新的光滑自由度的水晶。”