Скрытые пути электронов в графене теперь подтверждены – готовимся к новой эре гаджетов?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Представьте себе материал, настолько тонкий, что он практически двумерен, и при этом обладающий удивительными свойствами, способными перевернуть мир электроники. Речь идет о графене — одном из самых перспективных материалов современности. Недавно проведенное исследование ученых из POSTECH и NIMS проливает свет на ранее скрытые механизмы переноса электронов в этом материале, открывая новые горизонты для создания вычислительных устройств следующего поколения. И знаете что? Это куда интереснее, чем кажется на первый взгляд.

Долины в море электронов: что такое долинная электроника?

Вы наверняка слышали о кремниевой электронике, которая лежит в основе всех современных компьютеров. Но существует и другой, более экзотический подход — долинная электроника. Что это за «долины»? Представьте, что электроны в материале, вроде графена, могут занимать разные энергетические «ямы» — долины. И вот что любопытно, этими долинами можно управлять, как если бы они были отдельными каналами для передачи данных.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Двуслойный графен, состоящий из двух атомарно тонких слоев, сложенных друг на друга, является идеальной площадкой для долинной электроники. Применяя внешнее электрическое поле, ученые могут регулировать его электронную структуру, подобно дирижеру, управляющему оркестром. Это открывает возможность создания устройств, которые обрабатывают данные быстрее и эффективнее, чем все, что мы имеем сегодня.

Эффект Холла долин: откуда берется таинственное сопротивление?

В долинной электронике есть один очень интересный эффект — эффект Холла долин (VHE). Суть его в том, что поток электронов может двигаться по определенным «долинам», что, в свою очередь, может приводить к нелокальному сопротивлению. Это значит, что мы можем измерить сопротивление в областях, где нет прямого тока, как будто электроны идут какими-то тайными тропами, недоступными для обычных проводников. Честно говоря, поначалу это казалось чем-то из области фантастики, но…

Именно это нелокальное сопротивление стало предметом жарких дебатов в научном сообществе. Многие считали его доказательством существования VHE, но некоторые ученые выдвинули предположение, что сигналы могут быть связаны с дефектами на краях устройств или с особенностями производственного процесса. Разногласия достигли такого накала, что потребовалось серьезное исследование.

Эксперимент: выявление скрытых путей проводимости

Чтобы разрешить этот спор, ученые из POSTECH и NIMS провели эксперимент с использованием графенового устройства, имеющего двойной затвор. С помощью этого устройства они могли точно регулировать электронные свойства графена. Они сравнили характеристики естественных границ графена с границами, полученными с помощью реактивного ионного травления. Что же они обнаружили?

Результаты оказались поразительными. Естественные границы графена показали нелокальное сопротивление, которое соответствовало теоретическим ожиданиям, основанным на VHE. Однако границы, подвергшиеся травлению, имели сопротивление, которое превышало ожидаемые значения в сто раз! В чём же дело?

Оказалось, что процесс травления не так безобиден, как казалось. Он вносит в материал посторонние проводящие пути, не связанные с VHE. Именно эти пути, скорее всего, и были причиной нелокального сопротивления, которое ошибочно принимали за проявление эффекта Холла долин в предыдущих работах.

Идеальная кристаллическая структура графена представляет собой гексагональную кристаллическую решётку
Автор: AlexanderAlUS Источник: commons.wikimedia.org
Уроки на будущее: переосмысление процесса производства

Это открытие имеет огромное значение для развития долинной электроники. Теперь мы знаем, что процессы обработки графена, особенно травление, могут сильно искажать результаты измерений. Это означает, что ученым необходимо пересмотреть методы производства устройств на основе графена и учесть этот фактор при разработке новых технологий.

Знаете, как говорят, дьявол кроется в деталях. И в этом случае, именно детали процесса обработки графена могут иметь решающее значение для будущего вычислительной техники. И теперь, когда тайные пути электронов в графене стали немного понятнее, мы можем уверенно двигаться вперед, к созданию более мощных и эффективных устройств, основанных на принципах долинной электроники. Возможно, именно графен станет основой для следующего технологического прорыва. А кто знает, может быть, и мы с вами будем пользоваться компьютерами, работающими на «долинных» технологиях уже в ближайшем будущем?

1 комментарий

107390425395706360750@google
Тише едешь, дальше будешь. Вырастишь — поймешь

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Ученые впервые наблюдали процесс, давший начало сложной жизни на Земле: как контакт двух простых клеток изменил ход эволюции

Один из самых сложных вопросов в современной биологии — это механизм появления эукариотической клетки. Вся жизнь на Земле делится на простые микроорганизмы (бактерии и археи) и...

Архитектура преисподней: как на самом деле устроен источник магмы Йеллоустоунского супервулкана

Традиционно считалось, что под Йеллоустоуном находится мантийный плюм. Согласно этой классической концепции, глубоко в недрах планеты, на границе земного ядра и мантии, зарождается мощный...

Секрет Саграда Фамилия: почему у самого высокого храма мира предел высоты в 172 метра

В прошлой статье я писал про долгострой, и вот совпадение, тоже храм, в Таиланде. Но если Храм Истины это самый масштабный проект целиком из древесины, то Саграда Фамилия уже самый высокий...

Как первоцветы выживают в суровых условиях ранней весны

Ранняя весна в центральной полосе России — время, когда природа только пробуждается от зимнего сна. Еще в низинах лежит снег, а на полянках появляются первые цветы, это кажется настоящим...

Где находится самый старый пароход в России и почему его сохранили

На набережной Енисея в центре Красноярска стоит пароход, который по праву считается одним из самых старых сохранившихся судов России. Грузопассажирский колёсный пароход «Святитель Николай»,...