Decennialang was de techindustrie op een glorierijke winning streak: maak componenten kleiner, word rijker, herhaal. Nu hebben wetenschappers van de TU Wien ontdekt dat de volgende grote stap – het gebruik van 2D-materialen zoals grafeen of molybdeendisulfide – tegen een letterlijke atomaire muur kan aanlopen. Specifiek gaat het om een opening van ongeveer 0,14 nanometer, dunner dan een enkel zwavelatoom en ruwweg 700 keer kleiner dan een SARS-CoV-2-virus. Maar laat je niet misleiden door de grootte: deze microscopische leegte zou de feestvreugde kunnen bederven die toekomstige computerchips ervan weerhoudt nog kleiner te worden.
Hier is het probleem, zoals uitgelegd door professoren Mahdi Pourfath en Tibor Grasser: 2D-materialen zijn geweldig, maar ze werken niet alleen. Je hebt een isolerende laag (meestal een oxide) nodig om een transistor te maken. En wanneer deze twee lagen samenkomen, knuffelen ze niet echt. In plaats daarvan worden ze bijeengehouden door zwakke van der Waals-krachten, waardoor een kleine opening ontstaat die de capacitieve koppeling verzwakt. Met andere woorden: hoe geweldig het 2D-materiaal ook is, die opening wordt de pretbederver die miniaturisatie beperkt.
Het onderzoek van het team suggereert dat veel studies te druk waren met het bewonderen van de eigenschappen van 2D-materialen zelf, terwijl ze de onhandige interfaces negeerden die ze in echte apparaten vormen. Dit toezicht zou de halfgeleiderindustrie ertoe kunnen brengen miljarden uit te geven aan benaderingen die, om fundamentele fysische redenen, gewoon niet zullen werken. Want niets zegt 'efficiënt R&D' zoals het ontdekken van een fundamentele fout nadat het geld al is uitgegeven.
Maar er is een sprankje hoop: 'ritsmaterialen.' Dit zijn systemen waarbij de halfgeleider- en isolerende laag sterker binden, waardoor de opening verdwijnt. De onderzoekers zeggen dat dit de dag kan redden – als de industrie beide lagen vanaf het begin samen ontwerpt. Anders riskeren ze te investeren in een doodlopende weg. Dus de les is duidelijk: controleer je atomaire openingen voordat je de grote cheque uitschrijft.