Ученые ИТМО представили уникальное семейство металл-органических кристаллов, способных самостоятельно трансформироваться из трехмерных структур в двумерные. Эти материалы открывают перспективы для создания мемристоров и ReRAM-платформ, используемых в системах хранения данных и искусственного интеллекта. Технология синтеза на основе растворной химии исключает дорогостоящую литографию, сокращая затраты на производство. Полученные ультратонкие слои толщиной от 4 нм обладают улучшенной электропроводностью, что повышает их эффективность в микроэлектронике. Исследование поддержано грантами программы «Приоритет 2030» и Российского научного фонда.
Миниатюризация устройств через инновационные материалы
Современные гаджеты требуют компонентов, сочетающих энергоэффективность, высокую скорость и компактность. Традиционные методы увеличения мощности ведут к росту размеров устройств, что делает актуальным поиск новых решений. Двумерные материалы, такие как металл-органические каркасы (МОК), позволяют создавать тонкие структуры с уникальными свойствами. В отличие от аналогов, они изменяют проводимость под действием электрического поля, выступая то проводником, то изолятором.
Прорыв в преобразовании структур
Большинство существующих МОК представляют собой трехмерные конструкции, сложные для интеграции в наноэлектронику. Специалисты ИТМО предложили оригинальный метод, при котором 3D-кристаллы самопроизвольно преобразуются в 2D-формат благодаря использованию комбинации лигандов. Полученные двумерные структуры демонстрируют превосходные электронные характеристики по сравнению с исходными версиями. Это упрощает их внедрение в современные устройства, сохраняя стабильность и производительность.
Разработка стала возможной благодаря междисциплинарному сотрудничеству с коллегами из Харбинского университета, KAUST и Universite de Lorraine. Ученые уверены, что новая технология ускорит развитие интеллектуальных систем и компактной электроники, отвечая глобальным вызовам цифровой эпохи.
Этапы создания инновационных кристаллов
Ученые начинают с синтеза объемных кристаллов, нагревая в течение 48 часов раствор из 1,2-бипиридилэтилена, 2,6-нафталендикарбоксилата и нитрата цинка. В результате в осадке формируются уникальные 3D-структуры. Далее кристаллы подвергаются сушке на воздухе, что естественным образом разрушает координационные связи между слоями, превращая их в тонкие 2D-материалы. Завершающий шаг — отделение слоев с помощью специальной клейкой ленты, после чего их можно использовать в разработке передовых устройств.
Прорыв в технологии производства
«Один объемный кристалл содержит до десяти слоев, поэтому из него мы получаем сразу несколько готовых 2D-структур, — делится Семен Бачинин, аспирант физического факультета ИТМО. — Ранее похожие методы уже существовали, но самопроизвольное разрушение связей на воздухе — настоящий прорыв! Это делает производство проще, экономичнее и масштабируемым». Новые кристаллы толщиной до 4 нм демонстрируют впечатляющие характеристики: сохранение данных свыше двух часов, более 100 циклов переключения проводимости с рекордным соотношением сигнал/шум до 1400 единиц.
Перспективы применения мемристоров
Созданные 2D-материалы открывают путь к разработке мемристоров — энергоэффективных устройств памяти нового поколения. Они не только позволяют адресно обращаться к ячейкам, но и исключают необходимость сложной литографии. Такие решения идеальны для микрооптики и нейроморфных компьютеров, где кристаллы имитируют работу нейронов, ускоряя развитие искусственного интеллекта. Простота производства и уникальные свойства делают технологию ключом к созданию устройств будущего!
Новые горизонты в разработке ультратонких материалов
Инновационное исследование открывает перспективы для микроэлектроники будущего! Работа проводилась в рамках масштабных проектов, направленных на создание революционных материалов. Среди них — грант «2D металл-органические каркасы: альтернативный кремний для микроэлектроники» программы «Приоритет 2030», а также проект по разработке гибких гибридных материалов для устройств нового поколения. Эти инициативы способствуют прорыву в технологиях хранения информации и созданию компактных электронных компонентов.
Международный коллаборация ради прогресса
Ученые ИТМО объединили усилия с ведущими международными исследовательскими центрами, включая Харбинский университет, Институт неорганической химии им. А.В. Николаева СО РАНБ и Universite de Lorraine. Совместная работа с коллегами из исследовательского института KAUST и Государственного Санкт-Петербургского института демонстрирует, как кросс-культурное партнерство ускоряет внедрение передовых решений в науке и технике.
Источник фото: ru.123rf.com
Источник: scientificrussia.ru
