宾州州立大学和麻省理工学院（MIT）之间的研究合作伙伴关系可能使一种改进的方法能够制造一种新型半导体，这种半导体只有几个原子薄，并且以一种不寻常的方式与光相互作用。这种新的半导体可能会导致新的计算和通信技术，比当前的电子产品使用更少的能量。
新型半导体硒化锡（SnSe）将有助于开发一种称为“光子学”的新型电子学，该电子学使用光粒子或光子来存储、操纵和传输信息。传统电子学使用电子来实现这一点，而光子学使用光子。硒化锡是由锡和硒按1:1比例组成的二元化合物。
这种材料与光有一种特殊的相互作用，这使其在电子领域具有巨大的应用潜力。
麻省理工学院材料科学与工程系博士后助理、该研究的主要作者沃特·莫特尔曼说：“它可以被描述为具有两种不同颜色的材料，这意味着根据你观察它的方向，你会观察到不同的颜色。”。这种特殊的光学特性对于使用光计算、存储或传输信息非常有用
Mortelmans说，为了利用这些与方向相关的特性，材料的制造必须通过原子精度控制来完成，这一点非常重要。颜色对材料方向的依赖性将使材料质量的检查更快更容易。
麻省理工学院托马斯·洛德（Thomas Lord）材料科学与工程副教授、该研究发表在ACS Nano上的资深作者拉斐尔·贾拉米洛（Rafael Jaramillo）说：“我们需要一种可靠的方法来制造材料，按照规格制造设备，而不必担心随机的自然变化。”。
实现这种精度、无缺陷材料的关键是一种对原子薄半导体（称为外延）具有挑战性的工艺。
宾夕法尼亚州立大学材料研究所2D Crystal Consortium（2DCC）薄膜分子束外延助理研究教授玛丽亚·希尔斯（Maria Hilse）说：“外延可以想象为类似于使用乐高积木的建筑，其中感兴趣的材料被分解成三角形或矩形乐高积木的单个小单元。”。“基座是一种超清洁的主体晶体基板，允许在其上放置特定形状的“乐高”积木。理想情况下，我们选择该起始基板，使其与我们想要合成的材料（即我们的乐高积木）的晶体结构完美匹配。在SnSe的情况下，我们将有一个矩形形状的乐高积木池，我们希望将其组装在矩形sh上aped Lego基板，为氧化铝（11-20）表面。"
这项研究的部分原因是Jaramillo和2DCC之间的研究关系。2DCC是由美国国家科学基金会支持的国家用户设施，专注于推进用于下一代电子和量子技术的二维层状硫属化合物的合成。
“大约一半的实验工作是在2DCC上进行的，由Mortelmans博士和Hilse博士亲自合作，”Jaramillo说。“与2DCC合作极大地扩展了我们可以使用的实验能力，使该项目比其他项目更加严格和令人信服。特别是，与Hilse博士和其他人的早期讨论对于激励和降低工作风险非常重要。”
Hilse与2DCC的责任包括生长设施，在那里进行了研究的部分SnSe生长。
Hilse说：“2DCC使Wouter有可能来到宾夕法尼亚州立大学，并在这里接受我的现场合成方法培训，这使他能够进行本出版物所需的实验。”。“2DCC的独特功能以及我的监督和经验帮助积累了该出版物所依赖的大量数据。”
这项合作研究中概述的结果对研究人员和公众都有好处。Mortelmans说，对于研究人员来说，它为2D材料的制造提供了见解。
“我们开发了一种具有原子精度控制的2D材料的新外延工艺，这在如何制造高质量2D材料方面获得了新的见解，”Mortelmans说。“2D材料外延工艺的研究是一个相对年轻的领域，有优化的空间。凭借这项工作中获得的新见解，我们希望能进一步推动2D材料外延工艺的进步。”
此外，研究人员开发了一种原始的结构表征方法来测量外延生长的2D材料的质量。
“这种快速简单的结构表征方法适用于所有具有取向相关光学特性的材料，”Jaramillo说。“这种方法可以大大减少进一步开发此类材料的时间和成本。”
反过来，他们的研究可以帮助实现的广泛的光子技术将为社会带来多重利益。这些技术包括降低大型电子设备的功耗、用于农业、空气质量监测、公共卫生和交通的低成本环境传感器、用于改进自动驾驶车辆安全系统的计算机视觉和基于光的传感。
Jaramillo说：“光电子技术在降低功耗方面有着巨大的潜力，尤其是在大型数据中心，这些数据中心是一个巨大且不断增长的电力消费者，因此在发电过程中排放的温室气体中占相当大的比例。”。“因此，以可量化的方式，未来基于光的计算可以减缓全球变暖。”
鉴于研究人员开发的新制造工艺是利用光在SnSe中实现信息存储和传输的第一步，Mortelmans说，麻省理工学院的研究人员很可能在未来使用2DCC设施和专业技术。
Mortelmans说：“2DCC具有制造2D材料和在制造后测量超薄膜的卓越设备。”。“在2D材料研发的许多不同重要领域都有大量的专业知识。目前还没有关于2D CC未来工作的具体计划，但已经建立了联系，只要有新的合作机会，这些联系就会非常有用。”