Các nhà nghiên cứu Hàn Quốc đã sản xuất hàng loạt vật liệu tổng hợp MXene có thể được sử dụng trong thiết kế vi xử lý trong tương lai

Các nhà nghiên cứu tại Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) đã sản xuất hàng loạt một vật liệu tổng hợp có thể được sử dụng trực tiếp trong thiết kế vi xử lý trong tương lai. Nhóm nghiên cứu do Seung-Cheol Lee dẫn đầu đã giải quyết được trở ngại cuối cùng đối với việc sản xuất hàng loạt một hợp chất tổng hợp được gọi là MXene, cho phép thiết kế các đặc tính điện tử của vật liệu (và các đặc tính khác) ở cấp độ nguyên tử. Trở ngại đó là gì? Các vấn đề sản xuất lâu đời của Kiểm soát Chất lượng và năng suất.

MXene không chỉ đề cập đến vật liệu cụ thể này mà còn đến một loại vật liệu. MXenes, tên gọi của loại vật liệu này, là một hợp chất hai chiều của các lớp carbide, nitride hoặc carbonitride mỏng nguyên tử. Thông qua một quy trình khắc phức tạp, giờ đây có thể sản xuất các vật liệu được thiết kế ở cấp độ nguyên tử.

Quy trình sản xuất MXene của các nhà nghiên cứu Hàn Quốc được thực hiện trên một hợp chất được tổng hợp từ chất bán dẫn silicene (Sc2CF2), Sc2CO2 và một chất bán dẫn khác trong Sc2C(OH)2. Các nguyên tố này đã thể hiện các đặc tính điện tử và quang học thú vị. Chúng có thể mở ra các ứng dụng trong pin và siêu tụ điện, một phần bằng cách cải thiện độ ổn định và hiệu suất của điện cực, chất điện phân và chất phân tách, nhưng cũng có thể được sử dụng làm vật liệu tiềm năng cho các quy trình sản xuất chất bán dẫn trong tương lai khi được áp dụng cho transistor và các bit khác.

Nhưng một vấn đề với việc sản xuất các lát cắt mỏng nguyên tử, 2D của các hợp chất được sắp xếp ở cấp độ nguyên tử là việc xác minh xem các sắp xếp phụ nguyên tử có chính xác hay không cũng rất khó khăn: rất khó để nhìn thấy một thứ gì đó nhỏ bé đến vậy. Cho đến nay, khó khăn trong việc áp dụng kiểm soát chất lượng đối với MXene được sản xuất có nghĩa là việc xác minh xem các lớp này có hoạt động hay không đơn giản là quá chậm; như một bản phát hành về nghiên cứu do Seung-Cheol Lee dẫn đầu có nội dung: "Phải mất vài ngày để phân tích các phân tử trên bề mặt ngay cả với kính hiển vi điện tử hiệu suất cao."

Yêu cầu phải mất vài ngày để kiểm tra một lớp hợp chất duy nhất sẽ không bao giờ phù hợp với việc sản xuất hàng loạt. Giải pháp đến từ vật lý: bằng cách quét bề mặt của các nanosheet để tìm Hệ số tán xạ Hall (thông qua một thuật toán độc quyền), các nhà nghiên cứu có thể xác định xem vật liệu của nanosheet có nằm trong một trong hai lĩnh vực ứng dụng có thể hay không. Tùy thuộc vào phép toán, vật liệu có Hệ số Hall nhỏ hơn 1 có thể được áp dụng cho "transistor hiệu suất cao, máy phát tần số cao, cảm biến hiệu suất cao và máy dò ánh sáng"; nếu nó lớn hơn 1, "nó có thể được áp dụng cho vật liệu nhiệt điện và cảm biến từ tính." Khả năng phân biệt giữa cả hai - và thực hiện điều đó chỉ bằng cách áp dụng một thuật toán - là sự khởi động cho việc sản xuất hàng loạt.

"Không giống như các nghiên cứu trước đây tập trung vào việc sản xuất và đặc tính của MXene tinh khiết, nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng vì nó cung cấp một phương pháp mới để phân tích phân tử bề mặt để dễ dàng phân loại MXene được sản xuất," Seung-Cheol Lee, giám đốc IKIST cho biết. "Bằng cách kết hợp kết quả này với các nghiên cứu thực nghiệm, chúng tôi hy vọng sẽ có thể kiểm soát quá trình sản xuất MXene, sẽ được sử dụng để sản xuất hàng loạt MXene với chất lượng đồng đều."

Vật liệu loại MXene mở ra cánh cửa cho các hợp chất tổng hợp, thực tế được thiết kế để mang lại thứ gì đó gần hơn