罗切斯特大学 罗彻斯特大学电子与计算机工程和物理学助理教授吴在实验室开发的晶体管级平台上对经历相变的材料进行艺术家式渲染
学分:罗切斯特大学插图/迈克尔·奥萨蒂 二维(2-D)材料——薄至一层原子——以其柔韧性、弹性和独特的电子特性吸引了科学家，2004年首次在石墨烯等材料中发现
这些材料中的一些在拉伸和拉伸时特别容易受到材料性质变化的影响
在施加应变的情况下，预计它们会经历从一个瞬间超导到下一个瞬间不导电，或者从一个瞬间光学不透明到下一个瞬间透明的完全不同的相变
现在，罗切斯特大学的研究人员已经以一种新的方式将二维材料与氧化物材料结合起来，使用晶体管规模的设备平台，充分探索这些可变二维材料转换电子、光学、计算和许多其他技术的能力
“我们正在开辟一个新的研究方向，”电子与计算机工程和物理学助理教授斯蒂芬·吴说
“有大量不同性质的二维材料——如果你拉伸它们，它们会做各种各样的事情
" 在吴的实验室开发的平台，配置很像传统的晶体管，允许一小片二维材料沉积到铁电材料上
施加到铁电体上的电压——其作用类似于晶体管的第三端，或者说栅极——通过压电效应使二维材料变形，导致其拉伸
这反过来会引发相变，从而完全改变材料的行为方式
当电压关闭时，材料保持其相位，直到施加相反极性的电压，导致材料回复到其原始相位
“二维应变电子学的最终目标是获得所有你以前无法控制的东西，比如这些材料的拓扑、超导、磁性和光学特性，现在只需在芯片上拉伸这些材料就能控制它们，”吴说
“如果你用拓扑材料做这件事，你可以影响量子计算机，或者如果你用超导材料做这件事，你可以影响超导电子学
" 在《自然纳米技术》的一篇论文中，吴和他的学生描述了在设备平台中使用二维钼二碲镉汞薄膜(MoTe2)
当被拉伸和未拉伸时，微尘2从低导电性半导体材料变为高导电性半金属材料，然后再返回
“它的工作原理就像场效应晶体管一样
你只需要在第三个端子上加一个电压，微尘2就会向一个方向延伸一点，变成导电的东西
然后你把它向另一个方向拉回来，突然你就有了低电导率的东西，”吴说
他补充道，这一过程在室温下也能正常工作，而且，值得注意的是，“只需要很小的应变——我们只是将微尘2拉长了0
4%的人看到了这些变化
" 著名的摩尔定律预测，密集集成电路中的晶体管数量大约每两年翻一番
然而，随着技术接近传统晶体管可以缩小尺寸的极限，随着摩尔定律的终结，吴实验室开发的技术可能会在超越这些限制方面产生深远的影响，因为对更强大、更快速计算的追求仍在继续
吴的平台有潜力以低得多的功耗执行与晶体管相同的功能，因为不需要功率来保持导电状态
此外，由于器件随着施加的栅极电压改变电导率的斜率很大，所以它使电流泄漏最小化
这两个问题——高功耗和电流泄漏——都限制了传统晶体管在纳米尺度上的性能
“这是第一次示范，”吴补充说
“现在该由研究人员来决定它能走多远
" 吴的平台的一个优点是，它的配置很像传统的晶体管，使其更容易最终适应当前的电子产品
然而，在平台达到那个阶段之前，还需要做更多的工作
目前，在设备发生故障之前，该设备在实验室中只能运行70到100次
虽然其他非易失性存储器(如闪存)的耐久性要高得多，但它们的运行速度也比吴的实验室正在开发的基于应变的设备的最终潜力慢得多
“我认为这是一个可以克服的挑战吗？“当然，”吴说，他将与罗切斯特大学机械工程助理教授赫萨姆·阿斯卡里一起研究这个问题，他也是这篇论文的合著者
“这是一个材料工程问题，随着我们对这一概念的理解不断深入，我们可以解决这个问题
" 他们还将探索在不导致各种二维材料断裂的情况下，可以对它们施加多大的应变
随着技术的进步，确定这一概念的极限将有助于指导研究人员研究其他相变材料 完成博士学位的吴
D
在加州大学伯克利分校攻读物理学时，他是阿尔贡国家实验室材料科学部的博士后学者，2017年加入罗切斯特大学，担任电气和计算机工程系以及物理系的助理教授
他从实验室里的一个本科生开始——19岁的阿尔凡·苏瓦特，他以施乐研究员的身份度过了这个夏天
她帮助吴建立了一个临时实验室，然后是第一个尝试该设备的概念和第一个演示其可行性
从那时起，吴实验室的四位研究生——侯，阿齐马内什，塔拉潘？吴说，a .和Carla Watson“做了大量工作”来记录设备的属性并对其进行改进，为此创建了大约200个不同的版本
所有人都和西瓦凯特一起被列为合著者，还有中国西安交通大学的阿斯卡里和刘明
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