Materiały dwuwymiarowe to jeden z ważniejszych kierunków badań fizyków z Politechniki Warszawskiej. Od niedawna jeden z zespołów na PW ma do dyspozycji najnowocześniejszy sprzęt klasy przemysłowej pozwalający na syntezę materiałów dwuwymiarowych (2D) i ich heterostruktur. Laboratorium LATTICE (Laboratory for Advanced Technologies in Two-Dimensional Crystal Epitaxy) działa na terenie Centrum Zaawansowanych Materiałów i Technologii PW.
— Bazą naszej pracowni jest urządzenie do metaloorganicznego chemicznego osadzania z fazy gazowej, czyli reaktor MOCVD (ang. metal-organic chemical vapour deposition) — mówi dr inż. Jakub Sitek. — Dzięki niej możliwy jest wzrost materiałów 2D w skali półprzemysłowej. Nasz cel to wytwarzanie materiałów dwuwymiarowych dla elektroniki, czyli tranzystorów, fotodetektorów, sensorów, optoelektroniki — wymienia dr Sitek.
Na czym polega fenomen rozwiązań opartych na 2D? Kluczowe hasło to miniaturyzacja. Współzałożyciel Intela, Gordon Moore, zaobserwował sześć dekad temu, że liczba tranzystorów w układach scalonych podwaja się co dwa lata. Rozmiar tranzystorów malał, niczym w wyścigu o nadążenie za wizją Moore’a. Fizyczne możliwości ich „upychania” na krzemowym rdzeniu również jednak maleją, odwrotnie niż światowe zapotrzebowanie na wydajną, energooszczędną i niezawodną elektronikę.
Rozwiązaniem i alternatywą dla wartościowej, choć współcześnie niewystarczającej, technologii opartej na monokryształach krzemu są właśnie materiały dwuwymiarowe. — Mogą zrewolucjonizować elektronikę, którą znamy, a to dzięki temu, że w przeciwieństwie do krzemu działają przy grubościach atomowych, otwierając dalsze możliwości miniaturyzacyjne — mówi członek LATTICE. — Miniaturyzacja oznacza z kolei szereg dodatkowych korzyści, jak choćby niższe zużycie prądu — podkreśla.
W świecie 2D mamy do czynienia z warstwowością. Dzięki składaniu warstw takich materiałów w przemyślany sposób można uzyskiwać metamateriały o udoskonalonych lub wręcz wcześniej nieznanych właściwościach.
— Przemysł zainwestował mnóstwo czasu i środków w technologię krzemową i jej jeszcze przez wiele lat nie porzuci. Krokiem pośrednim jest integracja 2D z krzemem, natomiast w naszej ocenie, w tym momencie, nie warto skupiać się na takich hybrydach. Nas interesują przede wszystkim unikatowe rozwiązania oparte o 2D, np. architektury neuromorficzne — podkreśla dr Sitek.
Obecnie na świecie działa kilka grup badawczych zajmujących się MOCVD materiałów 2D — prym wiedzie amerykański Penn State. Badacze z Wydziału Fizyki PW tworzą jedyny w Polsce zespół tak głęboko zaangażowany w wykorzystywanie tej technologii w elektronice. I mierzą wysoko — w naukowym i technologicznym wyścigu chcą zbliżyć się do badaczy z Pensylwanii.
Na razie trwają pierwsze testy reaktora. Fizycy cały czas dążą do osiągnięcia złotego standardu, który umożliwia zastosowanie nowych materiałów 2D — etapu testów laboratoryjnych gotowych urządzeń, które dowiodą wysokiej jakości i skalowalności opracowanych rozwiązań.
Zespół LATTICE tworzą: dr inż. Jakub Sitek, dr Iwona Pasternak, dr Abinash Adhikari, mgr inż. Alicja Kądziela oraz dr hab. inż. Włodzimierz Strupiński. Laboratorium LATTICE zostało stworzone jako zespół zajmujący się wzrostem materiałów 2D w ramach grupy prof. Mariusza Zdrojka na Wydziale Fizyki PW.
„Innowacyjna platforma do syntezy materiałów 2D i ich heterostruktur dla elektroniki nowej generacji” powstała dzięki dofinansowaniu Ministerstwa Nauki i Szkolnictwa Wyższego w wysokości 9 300 000 zł.
