Dwusiarczek molibdenu, jak inne chalkogenki metali przejściowych jest podobny do swojego węglowego prekursora, ale pozbawiony pewnych jego wad. Według naukowców może wprowadzić „nową jakość” do układów scalonych.
Cała współczesna elektronika zbudowana jest na krzemie. To właśnie on stanowi serce komputerów, urządzeń obsługujących sygnalizację świetlną, czy nawet pralek. Dokładając do niewielkich procesorów coraz więcej tranzystorów, do głosu dochodzą jednak ograniczenia świata fizycznego.
- Zbliżamy się do granicy, której z fundamentalnych powodów nie da się przejść. Dochodzimy do struktur, w których istotna staje się ich budowa na poziomie poszczególnych atomów – mówi prof. Adam Babiński z Wydziału Fizyki Uniwersytetu Warszawskiego, który nadzoruje badania z polskiej strony.
Większa moc obliczeniowa, jest pożądana przez wszystkich producentów, bo popycha rozwój świata, ale więcej zmniejszających się tranzystorów przynosi problemy z tzw. upływem prądu, co z kolei podgrzewa procesor i prowadzi do jego zniszczenia.
Stąd też wynikają poszukiwania materiałów zastępczych. Dotychczas najpoważniejszym faworytem jest grafen – cieniutki materiał o grubości zaledwie jednego atomu. Jest lekki i bardzo wytrzymały, ale i elastyczny. Dla elektroniki najważniejszą cechą jest natomiast świetnie przewodnictwo prądu i ciepła.
Polscy badacze nad grafenem pracują od 8 lat, dzięki czemu obecnie znajdujemy się w awangardzie krajów wdrażających ten materiał do produkcji przemysłowej. Pod koniec 2014 roku Instytut Technologii Materiałów Elektronicznych w konsorcjum z firmą SECO/WARWICK wyprodukował pierwszy reaktor do produkcji grafenu o płytkach o boku pół metra. Działania konsorcjum sumą 5 mln złotych wsparł NCBiR. Niestety grafen idealnym zastępcą krzemu w elektronice nie jest.
- Problemem jest brak przerwy energetycznej, a więc ogromna trudność w wyłączeniu prądu w takim tranzystorze. Z problemem tym daje się walczyć, ale ponoszonym kosztem jest pogorszenie własności elektrycznych takiego urządzenia – mówi prof. Adam Babiński, który zauważa, że konstrukcje mające na celu rozwiązanie tego problemu nie wyszły jeszcze poza laboratorium.
Najnowszym kandydatem do zajęcia miejsca w komputerach są materiały warstwowe takie jak np. dwusiarczek molibdenu. Ich pojedyncza warstwa ma grubość trzech atomów - dwa z nich to atomy siarki, a jeden to atom molibdenu.
- Przy przejściu do warstwy monoatomowej następuje dramatyczna zmiana właściwości optycznych. Zmiana energii elektronu może się wówczas wiązać z emisją fotonu, co otwiera cały szereg możliwości w optoelektronice, fotowoltaice; np. atomowo cienkich detektorach światła lub fotodiodach zamieniających fotony na sygnał elektryczny – mówi prof. Adam Babiński.
Dwusiarczek molibdenu nie jest jedynym tak ciekawym związkiem. Tak jak grafen w rzeczywistości jest „odklejoną” warstwą grafitu, tak i od innych kryształów, np. siarczków, selenków i tellurków odrywać można cieniutkie warstwy. Dwusiarczek molibdenu był jednak pierwszy ze względu na powszechność występowania. Dotychczas stosowano go np. przy wytwarzaniu smarów i stopów metali. Była to jednak forma trójwymiarowa, a w elektronice sprawdza się wersja 2D – płaskiej płytki.
Aby nowe materiały miały szansę zrewolucjonizować przemysł elektryczny i komputerowy będą musiały najpierw sprostać wielu wyzwaniom. Przede wszystkim należy dobrze poznać własności tych materiałów. W ewentualnych zastosowaniach ważny jest także problem skali.
- Technologię krzemową doprowadzono do doskonałości dzięki dziesięcioleciom gigantycznych nakładów i pracy tysięcy ludzi. Dziś produkcja jednego tranzystora w procesorze, który zawiera ich miliard kosztuje mniej niż wydrukowanie pojedynczej kropki na drukarce atramentowej. Rezygnacja z tego dorobku musiałaby być poparta mocnym biznesowym planem, którego póki co nie widać. Nie wystarczy wyprodukować w laboratorium genialne urządzenie, żeby je sprzedać trzeba znaleźć kupca na setki czy tysiące takich urządzeń, które muszą być odpowiednio tanie – podsumowuje profesor.
Naukowiec przewiduje, że w ciągu 5-10 lat zobaczymy pierwsze tranzystory z dwusiarczku molibdenu lub innych chalkogenków metali przejściowych.