أشباه موصلات ممكنة التصميم

قام فريق من الباحثين بوضع طبقتين سماكة كلٍّ منهما ذرة واحدة من ثاني كبريتيد الموليبدنوم (MoS₂) والتنجستن ثنائي السيلينيد (WSe₂) - المواد شائعة الاستعمال في أشباه الموصلات - بعضها فوق بعض بغرض الوصول إلى فهم أفضل لكيفية تأثير التفاعل بين الطبقات المختلفة على سلوك شبه التوصيل، مضيفين إلى مجموعة المعارف الأساسية حول طريقة عمل أشباه الموصلات¹.

تشكل أشباه الموصلات العنصر الأساسي في جميع الدارات الإلكترونية الحديثة، وتَعِدُ إمكانية تفصيلها طبقة تلو طبقة لتحقيق الخصائص المطلوبة بمجموعة واسعة من التطبيقات في المستقبل، بما في ذلك الموصلات الفائقة والإلكترونيات فائقة الرقة التي تعمل في درجات الحرارة الأعلى.

على أي حال، تبقى المعلومات المتاحة عن الشبكات ثنائية الأبعاد المستقرة في الظروف المحيطة، إضافة إلى معرفة طريقة تأثير ترتيبها على خصائصها، ضئيلة لأسباب عملية.

ضمن الطبقات الفردية لهذه المجموعة من أشباه الموصلات الاصطناعية المطبّقة، تُحتَجز الذرات معًا بواسطة روابط تساهمية قوية. وتُحتجَز بين الطبقات بواسطة تفاعلات فان دير فال (VdW) التراكمية رغم ضعفها. 

عمل فريق من الباحثين من كلٍّ من الولايات المتحدة وتايوان والصين والمملكة العربية السعودية، على الإعداد لاستكشاف كيف تتمكن قوة تفاعلات فان دير فال بين الطبقات من التأثير على السلوك شبه الموصل، وذلك لتقديم معيار إضافي قابل للتعديل من أجل تصميم منطقي.

في طبقات ثاني كبريتيد الموليبدنوم، تختلف المسافة الذرية عن تلك الموجودة في طبقات التنجستن ثنائي السيلينيد. حتى عند محاذاة الطبقتين بشكل تداوري، لا تتبع الذرات الفردية بين طبقات هذا الأمر. بدلًا من ذلك، سيوجد عدد أكبر أو أقل من الذرات (بما يتماشى مع تفاعلات فان دير فال الأعلى أو الأدنى) بشكل دوري إذا اتبعنا خطًّا مستقيمًا جانبيًّا على امتداد الشبكة. 

استخدم الباحثون هذه الميزة الخاصة بالقوة المتفاوتة دوريًّا لتفاعلات فان دير فال لمعرفة كيف تؤثر قوة VdW على توزيع الإلكترونات في أشباه الموصلات في المجاهر القوية، والذي بدوره يُظهِر أي نوع من أشباه الموصلات هو.

ووجد الباحثون أنه يتصرف مثل ما يُطلق عليه اسم شبه الموصل ذي الفجوة النطاقية المباشرة- إذ يمكن تحفيز الإلكترونات وإطلاقها مباشرة إثر التفاعل مع الضوء. قد تكون النتائج التي توصلوا إليها مساعدة في وقت لاحق باعتبارها مفهوم تصميم إضافيًّا لأشباه الموصلات الجديدة ذات الطبقات.

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.