A posztranzíciós fém kálcogénidek (PTMC-k) az egyik újabb ígéretes anyagcsoportot képviselik a 2D félvezető memrisztorok (2D-SCM) világában, és gyorsan fejlődnek a tranzisztorok alternatívájaként. Az ilyen típusú anyagok, mint a GaSe, az In2Se3 és a fekete foszfor, jelentős különbségeket mutatnak a tradicionális tranzisztorokkal és a hagyományos TMD (átmeneti fém diszulfidok) alapú félvezetőkkel szemben, különösen az elektronikai és optoelektronikai tulajdonságok terén. Mivel a PTMC-k közvetlen vagy kvázi-közvetlen sávszélességet mutatnak, az alkalmazásuk számos új lehetőséget kínál a memrisztorok és az emlékező áramkörök területén.

Az egyes posztranzíciós fém kálcogénidek, például a GaSe, úgynevezett „memtranszisztorként” működnek, mivel struktúrájuk és működésük hasonlít a tranzisztorokhoz. Ezen anyagok alapú memrisztorok nemcsak az alacsony feszültségű SET (switching) viselkedésükről ismertek, hanem az air exposure után jelentős javulást is mutatnak a kapcsolási arányukban, amely egyre inkább vonzóvá teszi őket a jövő memrisztoros eszközeiben. A GaSe memrisztoroknál a rezisztív váltás (RS) viselkedését a galliumhiány migrációja okozza, amely a Schottky-kontaktus és az Ohmikus kontaktus közötti interfész típusú változásokat eredményezi, így lehetővé téve az eszközök számára az alacsony SET feszültséget. Az oxigénhiányok és más alapvető hibák kulcsszerepet játszanak a működésükben.

Az In2Se3 egy másik példája a posztranzíciós fém alapú kálcogénideknek, amely szobahőmérsékleten képes az in-plane és out-of-plane ferroelectromos viselkedésre. Ezen anyagok a ferroelectromos memrisztorok esetében nemcsak az energiatárolás és az információtárolás terén mutatnak előnyöket, hanem rendkívüli mobilitásuknak köszönhetően gyorsabb áramkörök létrehozását is lehetővé teszik. A memória tulajdonságokkal rendelkező memrisztorok stabilitása és hosszú távú adatmegtartó képessége különösen figyelemre méltó, mivel akár több ezer másodpercig képesek megőrizni az alacsony és magas rezisztív állapotokat.

A fekete foszfor, más néven BP, az egyik legismertebb 2D-SCM anyag, amely szintén kiemelkedő memrisztor viselkedéssel rendelkezik. Az BP alapú memrisztorok az egyik legnagyobb kapcsolási arányt mutatják, és magas adatmegőrzési képességgel rendelkeznek, még akkor is, ha a memrisztorokat ismételten hajlítják. A BP anyagok nagy előnye, hogy széleskörű alkalmazásokban használhatók, például viselhető elektronikai eszközökben és neuromorfikus számítástechnikai rendszerekben, mivel az alacsony áramú és nagy megbízhatóságú kapcsolási viselkedésük biztosítja a megfelelő működést.

A CuInP2S6 (CIPS) egy másik példája a szobahőmérsékleten működő, erős ferroelectromos 2D-SCM-nek. A CIPS kiemelkedő jellemzője, hogy képes négy különböző polarizációs állapotot egyszerre tárolni. Az eszközök polarizációjának irányváltása a rétegek közötti Cu ionok mozgásával történik, amely lehetővé teszi a memória viselkedésének szabályozását és az újrahasznosítható tárolást. A nem-változó és változó működési módok közötti váltásra vonatkozóan is sikerült bizonyítékot találni, amely hozzájárul a mesterséges neurális hálózatokban alkalmazott rövid és hosszú távú potenciálizálás szimulálásához.

A 2D memrisztorok gyártása viszonylag egyszerű, mivel a szerkezetük kompatibilis a CMOS technológiával, és számos különböző gyártási technológia választható a különböző követelményeknek megfelelően. A hagyományos kétterminálos szendvics struktúrák gyártása általában magában foglalja az alapkészítés, az elektródák előállítása, a 2D félvezető rétegek szintetizálása és átvitele, valamint az elektródák kialakítása. Az ilyen típusú memrisztorok esetében a választott szubsztrátumok és az elektródák anyagai kritikus fontosságúak. Az alapsztrátok, mint a Si/SiO2, és az elektródák, mint az arany (Au), ezüst (Ag) és réz (Cu), mind fontos szerepet játszanak a teljes eszköz teljesítményében.

Ezek az új 2D memrisztor technológiák figyelemre méltó lehetőségeket kínálnak az elektronikai ipar számára, különösen az alacsony energiafelhasználású, nagy sebességű memóriák és az adaptív számítási rendszerek kialakításában. A fejlődő kutatások és az új anyagok folyamatosan bővítik a memrisztorok alkalmazási lehetőségeit, egyre közelebb hozva a neuromorfikus rendszereket és az intelligens rendszereket a mindennapi technológiai alkalmazásokhoz.

A 2D félvezetők és elektrokémiai érzékelők alkalmazása

A két dimenziós (2D) félvezetők, különleges fizikai és kémiai tulajdonságaikkal, jelentős potenciált képviselnek az érzékelő technológiai alkalmazások terén. Nagy felületi területtel, magas felületi reaktivitással és kiváló elektronikai jellemzőkkel rendelkeznek, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy széleskörű célpontokat érzékeljenek, kiemelkedő érzékenységet és szelektivitást mutatva. Emellett nanométeres méretük gyors válaszidőket és kiemelkedő stabilitást biztosít. Ezért a 2D félvezetők új lehetőségeket és irányokat kínálnak az érzékelők tervezésének és teljesítményének javítására. A következő fejezetben a 2D félvezetők alkalmazását vizsgáljuk elektrokémiai érzékelők, fotoelektrokémiai érzékelők és kemorezisztív gáz érzékelők terén.

Az elektrokémiai érzékelők széleskörű alkalmazásukat az elmúlt évtizedekben nyerték el, különösen a vegyi anyagok érzékelésére és kvantifikálására. Az elektrokémiai érzékelők működési alapelve a mérendő anyag és az érzékeny anyag közötti reakció által generált kémiai információk átalakítása kvantifikálható elektromos jellé. Az elektrokémiai érzékelők különböző üzemmódok szerint osztályozhatók, mint potenciál érzékelők, áram érzékelők és vezetőképesség érzékelők. A vezetőképesség érzékelők nagy érzékenységgel rendelkeznek, de korlátozott szelektivitással, ami csökkenti alkalmazhatóságukat szélesebb körben.

A potenciál érzékelők terén az ionválasztó elektródák az egyik legszélesebb körben kutatott típusok. Az ionválasztó membránok elősegítik az ionok cseréjét az őket körülvevő oldattal, két eltérő folyadékkapcsolási potenciált generálva az interfészeken. Az MXenek, mint a Ti3C2Tx és Ti2CTx nanosheetek, számos előnnyel rendelkeznek ionválasztó érzékelők alkalmazásában. A MXene bevonatok alkalmazása az elektródákon jelentősen megnöveli a kettős réteg kapacitást, elősegítve az ion-elektron átvitel mechanizmusát, ami gyors válaszidőt és alacsony detektálási határokat eredményez. A Ti3C2Tx például Nernst-típusú válaszokat mutatott a Ca(II) koncentrációk széles skáláján, gyors reakcióval (<10 s) és alacsony detektálási határokkal (0,79 μM).

A folyadékok pH-jának érzékelésére alkalmazott áram érzékelők kiemelkedő szerepet játszanak különböző iparágakban, mint például a vegyipar, gyógyszeripar és élelmiszeripar. A hidrogénion érzékelők alkalmazása kritikus fontosságú a pontos méréshez és az ipari folyamatok hatékonyságának biztosításához. A MoS2 alapú H+ érzékelők innovatív potenciometriás megoldásokat kínálnak a pH érzékelésére, és a Ti3C2Tx alapú szenzorok a viselhető technológiai alkalmazásokban is nagy ígéreteket mutatnak. A HF-Ti3C2Tx érzékelő rendkívüli érzékenységet és megbízhatóságot biztosít a pH monitorozásában, amely kulcsfontosságú lehet az egészségügyi alkalmazásokban.

A kutatások másik fontos iránya az anionok és a nehézfémek érzékelésére irányuló fejlesztés. A nitrit érzékelésének fontossága különösen kiemelkedett, mivel a nitritek egészségügyi kockázatai és környezeti hatásai széleskörűek. Az MXene és más 2D anyagok alkalmazása a nehézfémek érzékelésére hatékony megoldásokat kínál az ipari és környezetvédelmi monitoringban.

A 2D félvezetők alkalmazása az érzékelőkben nem csupán az anyagok érzékenységét és specifitását javítja, hanem az érzékelők reakcióidejét, stabilitását és fenntarthatóságát is. Ezen tulajdonságok kulcsfontosságúak a fejlett technológiai alkalmazásokhoz, ahol az érzékelők pontos és gyors válaszai elengedhetetlenek. Az érzékelők további fejlesztése, különösen a különböző 2D anyagok kombinálásával és a különböző érzékelési mechanizmusok optimalizálásával, új horizontokat nyithat a szenzor technológiai iparágában, különös tekintettel a biomedikális, környezetvédelmi és ipari alkalmazásokra.

Milyen hatásokkal járnak a plazmafizikai rendszerek hőátadása és folyamatai?
Hogyan készíthetünk finom, tápláló marha- és sertéshúsételeket lassúfőzőben?
Miért volt Tom Corryat élete és kalandjai olyan figyelemre méltók a 17. századi Indiában?