根据能源部劳伦斯伯克利国家实验室研究人员领导的一项新研究，相同的静电电荷可以使头发立起并将气球连接到衣服上，这可能是驱动未来原子级薄电子记忆装置的有效方法。伯克利实验室)。

在今天发表在“自然”杂志上的一项研究中，科学家发现了一种通过用电子注入或“掺杂”它来可逆地改变二维材料的原子结构的方法。该过程使用比当前方法更少的能量来改变材料结构的配置。

研究首席研究员张翔，伯克利实验室材料科学部高级教员科学家和加州大学伯克利分校教授说：“我们首次表明，有可能注入电子来驱动材料的结构相变。”“通过在材料中添加电子，整体能量上升并将平衡，从而导致原子结构重新排列为更稳定的新模式。这种电子掺杂驱动的2-D极限结构相变不仅在基础物理学中很重要;它还为下一代超薄设备中的新电子存储器和低功率开关打开了大门。“

将材料的结构配置从一个相位切换到另一个相位是当今数字电路基础的基本二进制特性。能够实现这种相变的电子元件已经缩小到纸张尺寸，但科学家认为它们仍被认为是大块的三维层。相比之下，2-D单层材料由单层原子或分子组成，其厚度是人类头发的100,000倍。

“电子掺杂改变材料原子结构的想法是二维材料的独特之处，与三维散装材料相比，二维材料的电可调性更强，”研究共同主要作者，张氏实验室研究生Jun Xiao说。 。

驱动材料结构转变的经典方法包括加热到500摄氏度以上。这些方法是能量密集的并且对于实际应用是不可行的。此外，过热会显着缩短集成电路中元件的寿命。

许多研究小组还研究了使用化学品来改变半导体材料中原子的结构，但这一过程仍然难以控制，并且尚未被工业界广泛采用。

“在这里，我们使用静电掺杂来控制二维材料的原子结构，”研究共同主要作者，张的实验室另一名研究生王英说。“与使用化学品相比，我们的方法是可逆的，没有杂质。它更有可能整合到手机，电脑和其他电子设备的制造中。“

研究人员使用典型的二维半导体钼二碲化物(MoTe2)，并用离子液体(DEME-TFSI)涂覆，它具有超高电容或储存电荷的能力。离子液体层允许研究人员向半导体注入密度为百万亿至千万亿每平方厘米的电子。研究人员说，它的电子密度比三维散装材料的电子密度高一到两个数量级。

通过光谱分析，研究人员确定电子注入将原子的二碲化钼排列从六边形改变为单斜晶状，其具有更多倾斜的长方体形状。一旦电子缩回，晶体结构恢复到其原始的六边形图案，表明相变是可逆的。而且，这两种类型的原子排列具有非常不同的对称性，为光学元件中的应用提供了大的对比度。

“这种原子级薄的器件可以具有双重功能，同时用作光学或电子晶体管，从而拓宽了我们日常生活中使用的电子器件的功能，”Wang说。