• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
11.02.2021
Сколтех
2 722

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 / Автор: Владимир Богданов

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.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 13:07
ПНИПУ

Заготовки из металлических материалов создают с помощью технологий, основанных на плавлении. Но из-за перегрева и непостоянной температуры в процессе работы они не обеспечивают нужного качества деталей. Существует еще один способ получения таких изделий — с помощью послойной плазменной металлизации. Сегодня он почти не изучен, но разработка технологии формирования материала таким способом решит проблему изготовления габаритных изделий (например, коленчатых валов, корпусов подшипника), и обеспечит высокую производительность процесса. Ученые ПНИПУ проработали на практике технологию аддитивного формирования стальных заготовок таким способом. Результаты исследования позволят получать промышленные детали без дефектов с высокими эксплуатационными характеристиками.

Позавчера, 18:20
МГПУ

Кандидат филологических наук, профессор МГПУ Ирина Райкова провела масштабное исследование народных представлений о мастерах и ремесле, отраженных в фольклоре. Ученый проанализировала большое число пословиц, поговорок и загадок на русском и других языках. Такие фольклорные жанры, выражающие традиционные взгляды народа в краткой и емкой форме, называют паремиями.

10 часов назад
Дарья Г.

На сегодня удалось подтвердить существование тысяч экзопланет, но лишь около 25 из них получилось запечатлеть напрямую. Причем из них лишь шесть объектов старше 100 миллионов лет. И вот, наконец, ученые смогли сделать снимок взрослой экзопланеты.

22 июля
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

Позавчера, 12:00
НИУ ВШЭ

Международная команда исследователей с участием ученых из НИУ ВШЭ изучила, как люди, владеющие двумя языками (билингвы), ассоциируют время с пространством. Оказалось, что и в первом, и во втором языке они связывают прошлое с левой частью пространства, а будущее — с правой. При этом чем выше уровень владения вторым языком, тем сильнее выражена эта связь.

22 июля
Татьяна

Врачи давно знают, что во время каникул и праздников растет число пациентов с нарушениями работы сердца. Причина — в неумеренном пьянстве. Две группы ученых показали, как спиртное вызывает мерцательную аритмию, а также предупредили о рисках для женщин, принимающих гормональную заместительную терапию.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно