Чипи зможуть працювати на "балістичних" швидкостях завдяки графену: що вигадали вчені

Вчені з Університету Канзасу, використовуючи надшвидкі лазери, зробили відкриття, завдяки якому можливо здійснити справжню революцію у сфері електроніки на основі напівпровідників, передає LJ World.

Дослідження було проведене в Лабораторії надшвидких лазерів Раяном Скоттом, докторантом факультету фізики та астрономії, під керівництвом Хуей Чжао, професора кафедри. Вчені на практиці довели, що електрони можуть рухатися з "балістичними" швидкостями, якщо їх помістити в графенове середовище. За словами Чжао, що будь-яка електроніка тепер має потенціал працювати швидше, потужніше і бути більш енергоефективною.

Дослідники намацали ту саму основу для створення напівпровідників з використанням графену, і тепер, можливо, кремній не знадобиться (графен добувають із графіту, — матеріалу, з якого роблять грифелі для олівців. Він у 200 разів міцніший за сталь і в 5 разів легший за алюміній, — ред.).

Професор Чжао вивчав цей матеріал протягом багатьох років, його завжди цікавило, як електрони рухаються всередині графену і як можна змусити їх рухатися швидше та ефективніше. Схоже, вченому це вдалося зробити, йдеться в матеріалі.

"У сучасних електронних пристроях, якот комп'ютери і телефони, використовуються транзистори на основі кремнію, — пояснив професор. — У таких пристроях електрони можуть рухатися зі швидкістю кілька сантиметрів на секунду. Швидкість їхня низька, оскільки вони часто стикаються між собою, що їх і затримує. Але ось рух електронів у графені відбувається набагато швидше, що забезпечить високу швидкість і низьке енергоспоживання пристроїв".

Щоб змусити електрони рухатися швидко, дослідники застосували метод, який отримав назву "балістичне транспортування". Вони описують його як стан, у якому електрон рухається вільно, швидко і без зіткнень, багато в чому подібно до того, як балістична ракета рухається в повітрі.

"У нас було всього приблизно одна трильйонна секунди, щоб зафіксувати рух електронів у графені. Для цього ми створили особливу структуру, "переклавши" 2 шари графену 2-ма шарами молекул завтовшки всього 1,5 нанометра. Це змусило електрони залишатися рухомими протягом приблизно 50 трильйонних часток секунди, що досить довго і достатньо для вимірів за допомогою лазерів, що працюють зі швидкістю 0,1 трильйонної частки секунди. Так ми змогли зрозуміти, як рухаються електрони і з якою швидкістю", — прокоментував Раян Скотт.

Дослідники "звільнили" 20 тис. електронів одночасно і використовували зондовий лазер для вимірювання відбиття світла. Вони запускали процес 80 млн разів, щоб провести заміри з різних точок. У підсумку, виявили, що електрони в середньому рухаються "балістично" (тобто без зупинки і дуже швидко — ред.) протягом приблизно 20 трильйонних часток секунди зі швидкістю 22 км/с, перш ніж зіткнутися. Після зіткнення їхній рух сповільнювався.

За словами професора Чжао, його лабораторія працює над удосконаленням структури матеріалу для того, щоб більш ефективно спрямовувати електрони до шарів графену, і знайти спосіб змусити електрони балістично переміщатися на великі відстані.

Раніше ми писали, як графен допоможе перемогти Китай у війні мікрочипів. За словами гендиректора британської компанії Paragraf Саймона Томаса, західні країни повинні перешкодити КНР монополізувати ринок графену, інакше китайці швидше отримають передові технології.