納米科學：幾個原子厚的二極體顯示出驚人的量子效應！
賓夕法尼亞州立大學和其他三所美國和國際大學的研究人員表示，室溫下合成的原子級薄層材料中首次出現的量子力學傳輸現象可能會產生新型的納米電子電路和器件，當電壓施加到由稱為範德瓦爾斯材料的幾種層狀材料的一個原子厚度的層構成的結構時，觀察到稱為負微分電阻（NDR）的量子傳輸效應。三部分結構由石墨烯基底和隨後的二硫化鉬（MoS 2），二硒化鉬（MoSe 2）或二硒化鎢（WSe 2）的原子層組成，NDR是一種現象，其中電子的波動性質允許它們穿過具有不同電阻的任何材料。NDR的潛力在於可以在高頻下操作的低壓電子電路。
理論認為，將一種不同材料的二維層疊在另一層之上會導致新材料出現新現象，」賓夕法尼亞州立大學材料科學與工程助理教授Joshua Robinson說，他的學生Yu-Chuan Lin是第一位作者在6月19日的「自然通訊」雜誌上發表在線論文。該論文的標題是「由合成範德華異質結構構建的原子薄諧振隧道二極體，在室溫下在共振隧道二極體中實現NDR需要幾乎完美的界面，這可以使用直接生長技術，在這種情況下氧化鉬在硫蒸氣存在下氧化蒸發以形成MoS2層，以及金屬有機化學氣相沉積到製作WSe2和MoSe2。
這是這些垂直異質結構首次像這樣生長，」羅賓遜說。「人們通常使用它們堆疊的剝落材料，但是剝離層很難看到這種現象，因為界面不乾淨。隨著直接生長，我們得到原始界面，我們每次都會看到這種現象，引起林和羅賓遜注意的是電氣測量中的尖峰和山谷，通常有一個規律的向上斜坡。羅賓遜說，任何意外的現象，如果它是可重複的，都是有意義的。為了解釋他們的結果，他們諮詢了納米級電子設備專家Suman Datta，他告訴他們他們正在看到2D版本的共振隧道二極體，一種低功率工作的量子力學器件。
諧振隧道二極體是重要的電路元件，」該論文的合著者和賓夕法尼亞州電氣工程教授Datta說。「具有NDR的諧振隧道二極體可用於構建高頻振蕩器。這意味著我們已經構建了世界上最薄的諧振隧道二極體，並且它在室溫下工作，達拉斯德克薩斯大學的共同作者羅伯特華萊士表示，這項協作工作代表了實現有用的二維集成電路的重要成就，使用合成的2D材料而不是剝落的堆疊薄片觀察室溫共振行為的能力令人興奮，因為它指出了可擴展的器件製造方法與工業利益更加兼容的可能性。我們現在必須解決的挑戰包括改進進一步發展的二維材料，並為未來的設備應用獲得更好的性能，「華萊士說。
UT-Dallas的共同作者為賓夕法尼亞州發現的共振隧穿二極體提供了詳細的原子解析度材料表徵，Datta將對2D分層材料中電子傳輸的理論理解歸功於他的博士後研究員Ram Krishna Ghosh，他的計算結果與實驗結果密切相關。Datta提醒說，新的諧振隧道二極體只是電路中的一個元件，下一步需要在2D中構建和集成其他電路元件，如電晶體，帶回家的消息，」他說，「這給了我們一個金塊，我們作為設備和電路的人們可以開始玩，並為2D電子設備構建有用的電路。