Vienas sunkiausių cheminių elementų periodinėje lentelėje yra bismutas, jis gali pakeisti šiuolaikinės technologijos kryptį. Singapūro mokslininkai nustatė, kad vos nedidelio slėgio pakanka tam, jog itin plonos bismuto atominės plokštelės iš puslaidininkio virstų tikru metalu.
Tokia transformacija gali leisti kurti lanksčius, išmanius elektroninius įrenginius, prisitaikančius prie aplinkos sąlygų. Šis reiškinys atskleidžia, kokia maža atstumo ar formos permaina gali turėti milžinišką poveikį elektronų judėjimui.
Tradicinėse struktūrose elektronai juda ribotai, tačiau suspaustame bismute atsiveria naujos galimybės. Tai dar vienas įrodymas, kad nanomasto fizika slepia didžiulį potencialą būsimos technologinės revoliucijos link.
Tyrėjai iš „Singapore University of Technology and Design“ įsitikinę, jog tai ne teorinis modelis, o realiai įgyvendinamas procesas, galintis pakeisti elektronikos gamybos principus. Jie teigia, kad bismutas gali tapti svarbia grandimi tarp puslaidininkinių ir metalinių komponentų ateities mikroschemose.
Kaip bismutas virsta metalu?
Kai vieno atomo storio bismuto sluoksnis suspaudžiamas tarp kitų medžiagų, jo atomai iš banguotos formos pereina į visiškai plokščią struktūrą. Tokiu būdu panaikinama energijos tarpo kliūtis, o elektronai pradeda laisvai judėti, tai medžiaga akimirksniu tampa laidžia kaip metalas. Visa ši transformacija vyksta tik dėl mechaninio slėgio, be papildomų cheminių reakcijų.
Svarbiausias tyrimo pasiekimas yra trijų sluoksnių struktūra MoS2-Bi-MoS2, kur bizmutas veikia kaip jungtis tarp dviejų molibdeno disulfido sluoksnių. Ši konfigūracija leidžia kontroliuoti elektros srautą keičiant išorinį elektrinį lauką, o tai reiškia, kad vienas įrenginys gali atlikti kelias funkcijas be fizinio perjungimo.
Naujas žingsnis link „sluoksninės elektronikos“
Mokslininkai savo atradimą vadina pagrindu naujai sričiai, tai „layertronikai“, kuri išnaudoja įvairių sluoksnių savybes duomenų apdorojimui ir saugojimui. Tokia technologija leidžia kurti itin plonus, greitus ir energiją taupančius elektroninius komponentus, kurie gali būti perprogramuojami pagal poreikį.
Tyrimas paremtas pažangiomis kvantinėmis simuliacijomis ir publikuotas žurnale „Nano Letters“. Jo rezultatai rodo, kad bismuto junginiai gali padėti sukurti itin plonus, bet efektyvius metalinius kontaktus, išlaikant puikų našumą net itin mažame mastelyje.
Galimybės ir iššūkiai ateičiai
Šis atradimas gali išspręsti vieną didžiausių modernios elektronikos problemų, tai kaip sukurti itin plonus, lanksčius laidus neprarandant laidumo ir stabilumo. Tokie sprendimai būtų idealūs kuriant energiją taupančius lustus, perprogramuojamus tranzistorius ar išmaniuosius jutiklius.
Vis dėlto iššūkių netrūksta, tai reikia užtikrinti medžiagos stabilumą ir prieinamą gamybos kainą. Be to, bismuto sluoksnių integravimas į dabartines technologijas vis dar reikalauja papildomų tyrimų. Tačiau mokslininkai neabejoja, tai šis atradimas gali tapti raktu į naują, lankstesnės ir ekologiškesnės elektronikos erą.
