研究人员正在利用一种极其薄的材料中微小缺陷的力量，有朝一日可以制造出比传统硅半导体平台更快、更高效的计算机芯片。

　　普林斯顿等离子体研究实验室的物理学家Shoaib Khalid在一份声明中说:“我们现有的所有电子设备都使用硅制成的芯片，这是一种三维材料。”“现在，许多公司在二维材料芯片上投入了大量资金。”

　　这种“二维”材料，被称为过渡金属二硫化物(TMD)，可以只有几个原子厚。由这些超薄半导体制成的计算机芯片可以在更小的表面上封装更多的处理能力，从而开发出更小、更快的设备。

　　在5月24日发表在《2D Materials》杂志上的一项研究中，Khalid的团队调查了使用tmd而不是硅是否可能是硅基芯片创新可能达到顶峰的一种解决方案。

　　最薄的tmd只有三个原子厚，排列得像三明治。“面包”由元素周期表上第16族的元素——硫原子组成，就像氧或硫一样。3-12族的过渡金属原子构成了“填充物”。

　　科学家们研究了他们是否可以在稍厚的tmd中利用微小的、原子大小的缺陷。

　　虽然TMD中的大多数原子都是有序排列的，但偶尔会有一个原子丢失或被塞在不属于它的地方。科学家在研究中说，尽管有这个名字，但缺陷并不一定是坏事。例如，一些缺陷使tmd更具导电性。

　　为了利用缺陷的积极影响并减少任何负面影响，科学家需要了解缺陷是如何产生的以及它们如何影响材料的性能。在这项研究中，Khalid的团队确定了tmd中最容易形成的缺陷类型，并研究了这些缺陷如何影响材料的性能。

　　首先，研究小组检查了缺失一个硫原子的缺陷。先前的一项研究表明，一种名为二硫化钼的TMD材料在被照射时意外地发出红外光。哈立德的研究小组发现，红外光的发射是由电子的运动引发的，而电子的运动与缺失的碳应该存在的空间有关。

　　Khalid在声明中说:“我们的工作提供了一种策略来调查这些空缺在大块tmd中的存在。”“我们解释了过去在二硫化钼中显示的实验结果，然后我们预测了其他tmd的类似情况。”

　　接下来，研究人员研究了一种缺陷，其中一个额外的氢原子被压在两个相邻的过渡金属原子之间。氢是在tmd形成过程中产生的一种常见杂质。额外的氢原子使一些(但不是全部)TMD材料带上轻微的负电荷，使它们变成“n型”半导体。

　　计算机芯片依赖于n型半导体和带正电的p型半导体的组合。虽然科学家们已经知道一些TMD材料可以作为n型半导体，但新的研究解释了额外负电荷的来源。

　　科学家在研究中说，了解这些缺陷是如何影响TMD性能的，可以帮助研究人员创造下一代计算机芯片。虽然TMD芯片还没有准备好上市，但公司正在探索超薄TMD芯片，以解决能源密集型的人工智能操作。