Phốt-pho đen với tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong ngành điện tử

Một nghiên cứu mới của các nhà khoa học Canada cho thấy, phốt-pho đen có thể trở thành loại vật liệu quan trọng của tương lai với khả năng chế tạo những bóng bán dẫn hiệu quả năng lượng.

Trong quá trình tìm kiếm loại vật liệu bán dẫn mới thay thế cho silicon, nhóm nghiên cứu đã khám phá ra rằng, trong một bán dẫn làm từ phốt-pho đen, dòng electron chỉ dịch chuyển theo 2 chiều. Kết quả này mở ra tiềm năng giải quyết một trong những thách thức lớn nhất của ngành điện tử trong tương lai: giảm thiểu kích thước bán dẫn và tăng số lượng bán dẫn truyền tải trên một con chip.

Giáo sư Khoa Điện và Kỹ thuật Máy tính, Đại học McGill, đồng thời là tác giả chính của nghiên cứu này, cho biết: “Bóng bán dẫn sẽ hoạt động hiệu quả và tiêu thụ ít năng lượng hơn nếu chúng được chế tạo với kích thước mỏng với các dòng electron chỉ chuyển động theo hai chiều. Bởi chỉ khi đó, điện áp và nhiệt thải trên từng bóng bán dẫn sẽ được hạn chế ở mức thấp nhất. Và để làm được điều này, một lớp nguyên tử phốt-pho đen là giải pháp thay thế duy nhất cho các phân tử silicon.”

Kể từ năm 2004 với phát minh về vật liệu hai chiều graphene đến nay, các nhà khoa học đã không ngừng tìm kiếm, chế tạo các vật liệu mới có tính năng tương tự, trong đó có phốt-pho đen. Tuy nhiên, khác với graphene mang nhiều tính chất của kim loại, vật liệu mới có thể được tách thành lớp một cách đơn giản, không tốn công và có đặc tính quý giá của một chất bán dẫn tự nhiên: dễ dàng bật và tắt.

Mặt khác, khả năng vận chuyển và điều hướng một khối lượng lớn electron chỉ với một lớp mỏng phốt-pho đen sẽ giúp giảm thiểu điện năng hao phí trong quá trình truyền dẫn của loại vật liệu đặc biệt này.

Trong thời gian tới, các nhà khoa học sẽ tiếp tục nghiên cứu để có thể nhanh chóng đưa phốt-pho đen vào ứng dụng trong thực tiễn và phổ biến trên phạm vi toàn cầu.

Anh Tuấn (Theo Science Daily)