科学家为2D系统制造“防弹衣”

通过使用WS₂等2D半导体材料，有望为电子和光电子产品提供低能耗的替代品。

一个国际科学家团队为脆弱的量子系统发明了“防弹衣”，使它们足够坚固，可用作新一代低能量电子产品的基础。科学家们将液态金属镓的液滴轻轻地压在2D材料上，并用Ga₂O₃涂覆它们。

这个国际团队在Advanced Materials上发表了相关论文，文章的主要作者Matthias Wurdack说，因为2D材料很容易被常规的分层技术破坏，因此保护对于2D材料来说至关重要。

物理研究学院非线性物理中心（NLPC）和FLEET ARC卓越中心的博士生Wurdack说，"保护涂层就像是原子薄材制的防弹衣一样，可以屏蔽伤害性大的高能粒子，同时又能充分保持其光电特性和功能。

研究团队的负责人，同样来自NLPC和FLEET的Elena Ostrovskaya表示，这项新技术为基于超薄电子的产业发展开辟了道路。"2D材料具有非凡的性能，如极低的电阻或与光的高效相互作用。"

2020年，信息技术，包括电脑、智能手机和谷歌和亚马逊等科技巨头的大型数据中心消耗了8%的全球电力。随着对人工智能服务和智能设备的需求猛增，这一数字预计每十年将会翻一番。

但是，这项研究有望通过利用2D半导体材料的优异性能（如WS₂），为电子和光电子器件提供低能耗的替代品。

Wurdack说，使用2D材料制造的器件更高效而且碳排放更低。

“2D技术还可以使航天器上的超高效传感器或物联网设备中的处理器不受电池寿命的限制。”

该团队通过将一滴液态镓暴露在空气中来创建保护层，液滴立即在表面形成了一层厚度仅为3纳米的完美均匀的Ga₂O₃。

通过用载玻片挤压2D材料顶部的液滴，可以将氧化镓层从液态镓转移到材料的整个表面上，尺寸可达厘米。

由于这种超薄的Ga₂O₃是一种绝缘的非晶态玻璃，因此它保留了2D半导体的光电特性。Ga₂O₃玻璃在低温下也能增强这些特性，并能很好地保护上面沉积的其他材料。这样就可以制造复杂的、分层的纳米级电子和光学器件，如发光二极管、激光器和晶体管。

Wurdack说：“我们为现有技术提供了很好的替代方案，可以扩展到工业应用中。”

"我们希望找到行业伙伴，基于这项技术合作开发一款保护层打印机，可以被用于任何实验室，就像光刻机一样。"

上图从左至右为FLEET ANU研究人员Eliezer Estrecho、Matthias Wurdack和Tinghe Yun。

参考文献：

'Ultrathin Ga₂O₃ Glass: A Large‐Scale Passivation and Protection Material for Monolayer WS₂' by M Wurdack et al; Advanced Materials in December 2020

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