Technische Innovation

2D-Metalloxide: Bahnbrechende Entwicklung verspricht neue Ära in der Elektronik

Ein einfaches Flüssigmetall-Verfahren erzeugt ultradünne Materialschichten, die in der Elektronik als effiziente Transistoren dienen können.

Forschern ist es gelungen, nur wenige Atome dicke Schichten aus Metalloxiden zu fertigen. Diese kommen in der Natur nicht vor und werden erst durch eine spezielle Verbindungen zwischen verschiedenen Metallen und Sauerstoff ermöglicht. „Wir nutzen eine Gallium-Legierung als Reaktionsmedium. Dieses sorgt dafür, dass sich an der Oberfläche des Flüssigmetalls anstatt dem natürlich vorkommenden Galliumoxid atomdünne Oxidschichten des beigegebenen Metalls bilden“, so der Materialchemiker Dr. Torben Daeneke.

Läuft der Tropfen anschließend eine glatte Oberfläche entlang, hinterlässt er eine durchsichtige Spur des jeweiligen Metalloxids. Diese kann anschließend gelöst und weiterverarbeitet werden. Ihrer Entdeckung messen die Forscher eine weitreichende Bedeutung zu, weil das Flüssigmetall-Verfahren vielseitig anwendbar ist. „Wir gehen davon aus, dass die Technologie für rund ein Drittel des Periodensystems funktioniert”, so der Leiter des Forschungsteams, Professor Kourosh Kalantar-Zadeh. „Viele dieser atomdünnen Oxide sind halbleitend oder dielektrisch. Halbleiter- und dielektrische Bauelemente wiederum sind heutzutage die Grundlage für elektronische Geräte“.

 

 2D-Materialien für energieeffizientere Elektronik

Ein wahrscheinliches Einsatzgebiet für die sogenannten 2D-Materialien sehen Experten in der Mikroelektronik, als Bestandteil von Transistoren. „Mit atomdünnen Komponenten zu arbeiten, sollte zu besserer, energieeffizienterer Elektronik führen”, erklärt Kalantar-Zadeh. „Vergleichbare technische Möglichkeiten waren noch nie zuvor verfügbar.“

Ein Tropfen aus Metall hinterlässt als Spur ein ultradünnes Material, das die Entwicklungen in der Elektronik maßgeblich beeinflussen könnte. Bild: RMIT University

Vor einem flächendeckenden Einsatz soll das Verfahren zur Herstellung der 2D-Materialien zunächst noch deutlich vereinfacht und kostengünstiger gestaltet werden. Zudem haben die Forscher bereits eine Idee, wie sich die Produktion der Oxidschichten nach oben skalieren ließe: „Große Mengen dieser atomdünnen Schichten können gefertigt werden, indem man Luft in das Flüssigmetall einspritzt – in einem Verfahren, das dem Aufschäumen von Milch für Cappuccino ähnelt“. Bislang haben sie allerdings noch keine Angaben dazu gemacht, wann ihre Forschungsergebnisse in der Praxis breite Verwendung finden und so möglicherweise eine neue Ära der Elektronik einleiten könnten.

Cover-Foto: RMIT University
Video (bearbeitet): RMIT University

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