Создан новый квантовый переключатель для электроники — Naked Science
11 февраля
Сколтех

Создан новый квантовый переключатель для электроники

4.3

Российский физик совместно с зарубежными коллегами изучил квантовые контакты между проводниками во внешнем осциллирующем поле и пришел к выводу, что для определенных видов контактов с увеличением частоты осцилляций ток становится равен нулю. Этот механизм может найти применение при создании элементной базы наноэлектроники.

Создан новый квантовый переключатель для электроники / ©Getty images

Работа опубликована в журнале Physical Review B при поддержке Российского научного фонда (РНФ). Трендом развития электроники сегодня стала миниатюризация устройств и расширение их функционала. Это создает спрос на новые наноэлементы, которые будут обладать улучшенными свойствами при маленьком размере. В основе работы таких электронных приборов лежат квантовые эффекты. Электроны проявляют и свойства частиц, и свойства волн, из-за чего возникают явления переноса заряда, которые очень чувствительны к внешним воздействиям, в частности к электрическим и магнитным полям.

Особый интерес представляют квантовые точечные контакты — ширина контакта настолько мала, что в ней укладывается лишь несколько длин волн электронов — это сопоставимо с размером атома, то есть порядка нескольких ангстрем. Экспериментально такие контакты можно получить, если соединить два массивных электрода слоем двумерного электронного газа (то есть такого, где частицы могут двигаться свободно только в двух направлениях), а затем подвести пластины затвора, на который далее подается потенциал. Чем больше поданное напряжение, тем больше запрещенная для движения электронов область и уже контакт.

Авторы статьи теоретически исследовали два проводника, соединенные квантовым контактом, к которому приложены внешние осциллирующие поля. Начальные концентрации носителей заряда в проводниках предполагались различными. При небольшой частоте осцилляций через контакт течет ток, стремящийся выровнять концентрации.

Однако, как выяснили ученые, для определенного типа контактов при частотах выше критической ток обнуляется, и концентрации никогда не выравниваются. Это проявление неравновесного фазового перехода — динамического явления, при котором свойства системы качественно различны по разные стороны от критического значения внешнего параметра (в данном случае — частоты осцилляций).

«Для того чтобы оценить необычность этого эффекта, можно провести такую аналогию. Представим себе два сосуда с водой, днища которых соединены трубкой. Если уровень воды в сосудах изначально разный, через трубку будет течь вода до тех пор, пока уровни не выровняются. Теперь представим, что мы начинаем трясти трубку и, если частота тряски превышает критическую, вода перестает течь, и разница уровней в сосуде остается не выровненной.

С водой такого на самом деле не произойдет, но зато именно это происходит с электронами, текущими через квантовый контакт, который “трясут” внешние электрические и магнитные поля», — объясняет Олег Лычковский, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Сколковского института науки и технологий, Московского физико-технического института и Математического института имени В. А. Стеклова РАН.

Опубликованная работа может лечь в основу создания новых электронных наноэлементов, чей маленький размер предопределяет широкий диапазон их возможных применений в технике. Электронные устройства и системы, работа которых основана на квантовых эффектах, являются актуальной областью разработок — объем российского рынка наноэлектроники и фотоники к 2027 году может вырасти до 20 миллиардов рублей.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Позавчера, 20:38
Илья Ведмеденко

Российские судостроители спустили на воду головное скоростное пассажирское судно на подводных крыльях «Метеор 120Р». Предполагается, что оно ни в чем не уступает зарубежным аналогам.

4 часа назад
Мария Азарова

Канадские ученые выяснили, что у больных с коронавирусом значительно повышен уровень белка галектина-9 в плазме крови. Они также обнаружили корреляцию между концентрациями Gal-9 и провоспалительными цитокинами, высвобождение которых приводит к цитокиновому шторму.

3 августа
Илья Ведмеденко

Осведомленный источник ТАСС сообщил, что опытный образец перспективного стратегического бомбардировщика нового поколения соберут к 2023 году. Ранее стало известно, что в России изготовили первый образец двигателя для нового самолета.

1 августа
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

3 августа
Илья Ведмеденко

Осведомленный источник ТАСС сообщил, что опытный образец перспективного стратегического бомбардировщика нового поколения соберут к 2023 году. Ранее стало известно, что в России изготовили первый образец двигателя для нового самолета.

1 августа
Александр Березин

СМИ всего мира принялись рассказывать, что новые штаммы возникли из-за ослабления ограничений, снятия масок, а то и под воздействием вакцин. Якобы те оказали эволюционное давление, заставляющее вирус обходить вакцинную защиту. Увы, реальная биология указывает на совсем иную — и более устрашающую — картину. Разбираемся в деталях.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: