Физики обнаружили новый способ прохождения тока в нанотранзисторах, связанный с «многоступенчатым» туннелированием электронов через ультратонкие барьеры.
Это открытие ученых будет способствовать созданию новых типов туннельных транзисторов с повышенной эффективностью.
«Представьте, что вам нужно перепрыгнуть широкую реку. Прямой прыжок требует значительных усилий. Но если посередине находятся два близких камня, вы, вероятно, предпочтете сделать два коротких прыжка, даже если при переходе с камня на камень придется немного оступиться. В наномасштабе такой обходной путь через соседние дефекты становится важным преимуществом», — пояснил заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Дмитрий Свинцов.
По словам Свинцова и других ученых, в последние годы физики по всему миру активно занимаются разработкой нанотранзисторов, состоящих из нескольких двумерных материалов. Один из них обычно выполняет функцию барьера, который препятствует движению электронов между двумя соседними слоями других материалов. Благодаря принципам квантовой механики, при определенных условиях эти частицы могут «туннелировать» через этот слой, что позволяет управлять движением тока и применять структуры из двумерных материалов в качестве транзисторов.
Российские физики совместно с учеными из Японии, Сингапура, Китая и Армении заинтересовались тем, как именно происходит данный процесс. Ранее считалось, что электроны проходят через этот барьер в основном без потерь энергии, однако проведенные исследования показали наличие ранее неизвестного пути туннелирования этих частиц, который возникает при наличии двух близко расположенных дефектов в барьерном материале.
Выяснилось, что в такой ситуации электронам выгоднее туннелировать через оба состояния с потерей энергии, чем напрямую без потерь энергии, как это происходит при отсутствии дефектов. Этот эффект, как отмечают исследователи, можно использовать для создания новых туннельных спектроскопов с высокой точностью, а также он существенно изменяет представления ученых о процессах, происходящих внутри нанотранзисторов.
В частности, открытие данного феномена поможет ученым повысить энергоэффективность этих устройств, так как для управления их работой с использованием этого эффекта требуется значительно меньше управляющих напряжений. Новые методы спектроскопии будут применены при разработке новых подходов сверхточной диагностики свойств материалов для электроники следующего поколения, подытожили физики.
Фото: hi-tech.mail.ru