Чипы смогут работать на "баллистических" скоростях благодаря графену: что придумали ученые
Исследователи из США при помощи лазеров смогли разогнать электроны в графене до 22 км/с, тогда как в кремнии они движутся со скоростью несколько сантиметров в секунду.
Ученые из Университета Канзаса, используя сверхбыстрые лазеры, совершили открытие, благодаря которому возможно совершить настоящую революцию в сфере электроники на основе полупроводников, передает LJ World.
Исследование было проведено в Лаборатории сверхбыстрых лазеров Райаном Скоттом, докторантом факультета физики и астрономии, под руководством Хуэй Чжао, профессора кафедры. Ученые на практике доказали, что электроны могут двигаться с "баллистическими" скоростями, если их поместить в графеновую среду. По словам Чжао, что любая электроника теперь имеет потенциал работать быстрее, мощнее и быть более энергоэффективной.
Исследователи нащупали ту самую основу для создания полупроводников с использованием графена, и теперь, возможно, кремний не понадобится (графен извлекается из графита, — материала, из которого делают грифели для карандашей. Он в 200 раз прочнее стали и в 5 раз легче алюминия, — ред.).
Профессор Чжао изучал этот материал в течение многих лет, его всегда интересовало, как электроны движутся внутри графена и как можно заставить их двигаться быстрее и эффективнее. Похоже, ученому это удалось сделать, говорится в материале.
"В современных электронных устройствах, таких как компьютеры и телефоны, используются транзисторы на основе кремния, — пояснил профессор. — В таких устройствах электроны могут двигаться со скоростью несколько сантиметров в секунду.. Скорость их низка, так как они часто сталкиваются между собой, что их и задерживает. Но вот движение электронов в графене происходит намного быстрее, что обеспечит высокую скорость и низкое энергопотребление устройств".
Чтобы заставить электроны двигаться быстро, исследователи применили метод, который получил название "баллистическая транспортировка". Они описывают его как состояние, в котором электрон движется свободно, быстро и без столкновений, во многом подобно тому, как баллистическая ракета движется в воздухе.
"У нас было всего около одной триллионной секунды, чтобы зафиксировать движение электронов в графене. Для этого мы создали особую структуру, "переложив" 2 слоя графена 2-мя слоями молекул толщиной всего 1,5 нанометра. Это заставило электроны оставаться подвижными в течение примерно 50 триллионных долей секунды, что достаточно долго и достаточно для замеров при помощи лазеров, работающих со скоростью 0,1 триллионной доли секунды. Так мы смогли понять, как движутся электроны и с какой скоростью", — прокомментировал Райан Скотт.
Исследователи "освободили" 20 тыс. электронов одновременно и использовали зондовый лазер для измерения отражения света. Они запускали процесс 80 млн раз, чтобы провести замеры с разных точек. В итоге, обнаружили, что электроны в среднем движутся "баллистически" (т.е. без остановки и очень быстро — ред.) в течение примерно 20 триллионных долей секунды со скоростью 22 км/с, прежде чем столкнуться. После столкновения их движение замедлялось.
По словам профессора Чжао, его лаборатория работает над усовершенствованием структуры материала с тем, чтобы более эффективно направлять электроны к слоям графена, и найти способ заставить электроны баллистически перемещаться на большие расстояния.
Ранее мы писали, как графен поможет победить Китай в войне микрочипов. По словам гендиректора британской компании Paragraf Саймона Томаса, западные страны должны помешать КНР монополизировать рынок графена, иначе китайцы быстрее получат передовые технологии.