二维(2D)材料——和单层原子一样薄——以其柔韧性、弹性和独特的电子特性引起了科学家们的兴趣，2004年石墨烯等材料首次被发现。其中一些材料在拉伸和拉伸时特别容易受到材料性能变化的影响。在外加应变的作用下，他们被预测会经历完全不同的相变，从一瞬间的超导到下一刻的不导电，或者从一瞬间的光学不透明到下一刻的透明。
现在，罗彻斯特大学的研究人员以一种新的方式将2D材料与氧化物材料结合起来，使用晶体管规模的设备平台，充分探索这些可变2D材料的能力，以改变电子，光学，计算和许多其他技术。
“我们正在开辟一个新的研究方向，”电子与计算机工程和物理学助理教授斯蒂芬·吴(Stephen Wu)说。“有大量具有不同属性的二维材料，如果你拉伸它们，它们会做各种各样的事情。”
吴的实验室开发的平台，配置很像传统的晶体管，允许一小片二维材料沉积在铁电材料上。施加在铁电体上的电压——就像晶体管的第三端，或栅极——通过压电效应使二维材料应变，使其拉伸。这反过来又会引发相变，从而完全改变材料的行为方式。当电压关闭时，材料保持其相位，直到施加相反极性的电压，使材料恢复到其原始相位。
吴说:“二维应变电子学的最终目标是利用所有你以前无法控制的东西，比如这些材料的拓扑、超导、磁性和光学性质，现在可以通过在芯片上拉伸材料来控制它们。”
“如果你用拓扑材料做这件事，你可能会影响量子计算机，或者如果你用超导材料做这件事，你可能会影响超导电子学。”
在一篇论文中自然纳米技术Wu和他的学生描述了在器件平台上使用二维二碲化钼(MoTe2)薄膜的情况。当拉伸和未拉伸时，MoTe2从低导电性的半导体材料转变为高导电性的半金属材料，然后再转变回来。
“它的工作原理就像场效应晶体管。你只需要在第三个端子上加一个电压，MoTe2就会在一个方向上伸展一点，变成导电的东西。然后你把它向另一个方向拉伸，突然之间你就得到了低导电性的东西，”吴说。
他补充说，这个过程可以在室温下进行，而且值得注意的是，“只需要很小的张力——我们只拉伸了MoTe2的0.4%就可以看到这些变化。”
摩尔定律预言密集集成电路中晶体管的数量大约每两年翻一番。
然而，随着技术接近传统晶体管缩小尺寸的极限——就像我们达到摩尔定律的终点一样——吴实验室开发的技术可能会对突破这些限制产生深远的影响，因为人们仍在追求更强大、更快的计算能力。
吴的平台有潜力以更少的功耗执行与晶体管相同的功能，因为不需要功率来保持导电性状态。此外，由于器件随外加栅极电压改变电导率的陡坡，它最大限度地减少了电流的泄漏。这两个问题——高功耗和电流泄漏——都限制了传统晶体管在纳米尺度上的性能。
“这是第一次演示，”吴补充说。“现在由研究人员来弄清楚它能走多远。”
吴的平台的一个优势是，它的配置很像传统的晶体管，使其更容易最终适应当前的电子产品。然而，在平台达到这一阶段之前，还需要做更多的工作。目前，该设备在发生故障之前只能在实验室中运行70到100次。虽然其他非易失性存储器(如闪存)的耐用性要高得多，但它们的运行速度也比吴实验室开发的基于应变的设备的最终潜力慢得多。
“我认为这是一个可以克服的挑战吗?当然，”吴说，他将与Hesam Askari一起研究这个问题，Hesam Askari是罗切斯特大学机械工程助理教授，也是该论文的合著者。“这是一个材料工程问题，随着我们对这个概念的理解不断深入，我们可以解决这个问题。”
他们还将探索在不导致各种二维材料断裂的情况下，可以对其施加多大的应变。随着技术的发展，确定这一概念的最终极限将有助于指导研究人员开发其他相变材料
他在加州大学伯克利分校获得物理学博士学位，曾是美国阿贡国家实验室材料科学部的博士后学者，后于2017年加入罗切斯特大学，担任电气与计算机工程系和物理系的助理教授。
他从实验室里的一名本科生——Arfan Sewaket(19岁)开始做起，这名本科生当时正在施乐公司(Xerox)做研究员。她帮助吴建立了一个临时实验室，然后是第一个尝试设备概念并第一个证明其可行性的人。
从那时起，吴实验室的四名研究生——第一作者侯文辉、艾哈迈德·阿齐兹曼内什、塔拉·潘?吴说，a和卡拉·沃森“做了很多工作”来记录设备的特性并对其进行改进，迄今为止创造了大约200个不同的版本。所有人都与Sewaket一起被列为共同作者，还有中国西安交通大学的Askari和刘明。
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