隨著數位邏輯的基礎單元——晶體管的尺寸縮小至僅幾十個原子寬，傳統的矽製造工藝面臨著許多挑戰。在這些極小的尺度上，蝕刻如此微小的特徵可能導致電氣干擾、電流洩漏，並且生產過程愈發複雜，難以保持可持續性。過去數十年來，將更多晶體管壓縮進同一芯片區域的策略已經接近其實際極限，傳統方法可能不再提供穩定的性能增益。因此，工程師們積極探索新材料、創新架構和先進製造技術，以克服這些障礙並持續推動計算能力的邊界。
二維半導體如二硫化鉬（MoS₂）和二硒化鉬（WSe₂）在理論上展現出特別的潛力，這些材料可以被切割至單一原子層，並在超薄狀態下依然能有效傳導電荷，並可調整為n型或p型晶體管，這是邏輯電路的兩個基本組件。然而，利用這些材料製作電路仍然是一個挑戰。目前的方法需要高溫、真空室或手動放置納米片，這使得大規模生產變得困難。擴大生產規模往往導致品質不穩定、對位不佳或複雜的製造過程，這些都削弱了材料的簡單性和潛力。
最近發表於《先進功能材料》的一項研究提供了一種新的方法來構建原子薄的邏輯電路。研究人員將基於溶液的二維半導體剝離技術與電場引導組裝相結合，使得n型MoS₂和p型WSe₂納米片能夠精確地定位在預定的電極之間。這樣的組裝過程無需光刻、蝕刻或高溫工藝，並能夠並行進行，從而在單一芯片上一次性製作多個設備，簡化了生產流程，同時保留了二維材料的性能優勢。
這一新方法能夠從大塊晶體中生產高品質的二維納米片而不會損壞它們。與傳統的機械方法相比，該方法採用了電化學剝離技術：通過施加電壓在晶體層之間插入大離子，鬆動鍵結。隨後進行輕柔的超聲波處理將這些層分離為穩定的納米片。這些納米片懸浮在液體中，直徑超過一微米，遠大於傳統方法製造的納米片。研究團隊進一步改進了該過程，以獲得更好的結果——錐形電極塑造了電場並減少了雜散沉積，而50赫茲的交流信號則平衡了納米片的對位和附著。此外，15秒的應用可產生10納米厚、均勻的通道。
然而，即使是高品質的二維材料也可能存在原子缺陷，如缺失的硫或硒原子，這將影響其電氣行為。研究人員利用超酸二（氟甲烷）磺酰胺（TFSI）進行化學處理來修正這些缺陷。因此，該過程顯示二維材料可以形成功能性邏輯電路和記憶體設備，包括反相器、NAND和NOR閘，以及SRAM單元，並且具有低功耗、準確的輸出和可靠的記憶體保持能力。這些進展不僅為未來計算技術的發展提供了新思路，還可能在更廣泛的應用領域中帶來革命性變化。
