A flatter route to shorter channels High-performance silicon transistors can have gate lengths as short as 5 nm before source-drain tunneling and loss of electrostatic control lead to unacceptable leakage current when the device is off. Desai et al. explored the use of MoS 2 as a channel material, given that its electronic properties as thin layers should limit such leakage. A transistor with a 1-nm physical gate was constructed with a MoS 2 bilayer channel and a single-walled carbon nanotube gate electrode. Excellent switching characteristics and an on-off state current ratio of ∼10 6 were observed. Science , this issue p. 99

The reliable production of two-dimensional (2D) crystals is essential for the development of new technologies based on 2D materials. However, current synthesis methods suffer from a variety of drawbacks, including limitations in crystal size and stability. Here, we report the fabrication of large-area, high-quality 2D tellurium (tellurene) using a substrate-free solution process. Our approach can create crystals with process-tunable thickness, from a monolayer to tens of nanometres, and with lateral sizes of up to 100 µm. The chiral-chain van der Waals structure of tellurene gives rise to strong in-plane anisotropic properties and large thickness-dependent shifts in Raman vibrational modes, which is not observed in other 2D layered materials. We also fabricate tellurene field-effect transistors, which exhibit air-stable performance at room temperature for over two months, on/off ratios on the order of 106, and field-effect mobilities of about 700 cm2 V−1 s−1. Furthermore, by scaling down the channel length and integrating with high-k dielectrics, transistors with a significant on-state current density of 1 A mm−1 are demonstrated. A substrate-free solution process can create large-area two-dimensional tellurium crystals, which can be used to build field-effect transistors that exhibit air-stable performance at room temperature for over two months and high on-state current densities of 1 A mm–1.

Functionalized graphene has been extensively studied with the aim of tailoring properties for gas sensors, superconductors, supercapacitors, nanoelectronics, and spintronics. A bottleneck is the capability to control the carrier type and density by doping. We demonstrate that a two-step process is an efficient way to dope graphene: create vacancies by high-energy atom/ion bombardment and fill these vacancies with desired dopants. Different elements (Pt, Co, and In) have been successfully doped in the single-atom form. The high binding energy of the metal-vacancy complex ensures its stability and is consistent with in situ observation by an aberration-corrected and monochromated transmission electron microscope.

Controllable doping of two-dimensional materials is highly desired for ideal device performance in both hetero- and p-n homojunctions. Herein, we propose an effective strategy for doping of MoS2 with nitrogen through a remote N2 plasma surface treatment. By monitoring the surface chemistry of MoS2 upon N2 plasma exposure using in situ X-ray photoelectron spectroscopy, we identified the presence of covalently bonded nitrogen in MoS2, where substitution of the chalcogen sulfur by nitrogen is determined as the doping mechanism. Furthermore, the electrical characterization demonstrates that p-type doping of MoS2 is achieved by nitrogen doping, which is in agreement with theoretical predictions. Notably, we found that the presence of nitrogen can induce compressive strain in the MoS2 structure, which represents the first evidence of strain induced by substitutional doping in a transition metal dichalcogenide material. Finally, our first principle calculations support the experimental demonstration of such strain, and a correlation between nitrogen doping concentration and compressive strain in MoS2 is elucidated.

Field-free switching of perpendicular magnetization driven by magnons is a promising technology that can significantly reduce energy dissipation and potential damage to spintronic devices. However, achieving such switching experimentally often demands an additional in-plane magnetic field or other complex measures, severely limiting its prospects. Here, we have successfully demonstrated field-free switching of perpendicular magnetization through a magnon current with tilted polarization in specially designed all-oxide heterostructures of SrRuO3/LaMnO3/SrIrO3. The ferromagnetic interface, resulting from charge reconstruction between the LaMnO3 and SrIrO3 layers, generates a tilted-polarized magnon current. This magnon current effectively breaks the mirror symmetry that traditionally hinders deterministic switching in spin-orbit torque setups and realizes field-free switching of perpendicular magnetization. In addition, the critical switching current density is significantly lower than that in conventional metallic systems. These findings open a promising avenue for developing highly efficient all-oxide spintronic devices that can be operated by magnon current.

Beta-phase gallium oxide (β-Ga2O3) has exceptional electronic properties with vast potential in power and radio frequency electronics. Despite the excellent demonstrations of high-performance unipolar devices, the lack of effective p-type dopants in β-Ga2O3 has hindered the further development of Ga2O3-based bipolar devices. In this work, we applied the semiconductor grafting approach and fabricated monocrystalline Si/β-Ga2O3p–n heterojunctions, of which the characteristics were systematically studied. The heterojunctions demonstrated a diode rectification over 1.3 × 107 at ±2 V with a diode ideality factor of 1.13. Furthermore, capacitance–voltage (C–V) measurement showed frequency dispersion-free characteristics from 10 to 900 kHz. The interface defect density (Dit) was calculated as 1–3 × 1012/cm2 eV. Scanning transmission electron microscopy (STEM) and x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed that an ultrathin oxygen-rich layer existed on the Ga2O3 surface and later formed an ultrathin interfacial layer after bonding with Si. It is speculated that the excessive oxygen at the Ga2O3 surface enhanced the passivation of the Si dangling bonds and thus reduced Dit. This work improved our understanding of interface properties of the semiconductor grafting approach, providing useful guidance on the future development of Si/Ga2O3 heterojunction devices.

ABSTRACT Plasmonic gold nanoparticles (AuNPs) are effective photoacoustic (PA) signal agents and have found important biomedical applications. The silica coating on the surface of AuNPs showed enhanced PA efficiency, however, the PA amplification mechanism remains unclear. Here, we systematically studied the silica coating effect on PA generation of AuNPs under different laser pulse durations. We experimentally demonstrated up to 4-fold PA amplification under thin silica coating (<5 nm) and a picosecond laser excitation. The theoretical model further suggests that the PA amplification originates from two interface heat transfer mechanisms including 1) the enhanced interface thermal conductance on the silica-water interface and 2) the electron-phonon energy transfer channel on the gold/silica interface. This study discovers a regime of large PA amplification and provides a new rationale for plasmonic nanoparticle design to achieve better PA efficiency.

After stabilizing the ferroelectric phase, the single-cell volume was increased by annealing temperature, which further enhances the ferroelectric property.