Американські дослідники з Каліфорнійського університету у Ріверсайді відкрили нову технологію керування електронами в кристалічному кремнії, який є основним матеріалом для сучасної електроніки. Завдяки цьому підходу відкриваються можливості створення інноваційних електронних пристроїв з унікальними властивостями.
Про це розповідає ProIT
Квантові властивості кремнію: керування електронами як хвилею
Науковці з’ясували, що на нанорівні електрони у кремнії демонструють поведінку, подібну до хвилі, а не лише твердого тіла. Команда під керівництвом професора хімії Тіма Су виявила, що симетричне розташування атомів у молекулах кремнію дає змогу керувати деструктивною інтерференцією. Це дозволяє ефективно вмикати чи вимикати електропровідність матеріалу, діючи як нанорозмірний перемикач.
«Ми виявили, що коли крихітні кремнієві структури мають високу симетрію, вони можуть нейтралізувати потік електронів подібно до шумопоглинаючих навушників. Що цікаво, ми можемо це контролювати», — зазначає керівник дослідження, професор хімії Каліфорнійського університету в Ріверсайді Тім Су.
Зараз, коли зменшення розмірів кремнієвих чипів наближається до фізичних обмежень, традиційні методи, такі як травлення мікросхем і легування домішками, вже вичерпують свої можливості. Дослідники запропонували інший підхід: збір молекул кремнію атом за атомом.
Молекулярна симетрія та майбутнє електроніки
Використовуючи хімічний синтез, вчені змогли точно контролювати розташування атомів і, відповідно, рух електронів у кремнії. Квантові ефекти, зокрема проходження електронів через ізолюючі шари, створюють серйозні труднощі для традиційних конструкцій електроніки. Однак результати дослідження показують, що ці явища можна перетворити на перевагу.
Професор Су підкреслив, що молекулярна симетрія в кремнії створює інтерференційні ефекти, які дозволяють керувати рухом електронів. За словами науковців, вони здатні вмикати або вимикати ці ефекти, змінюючи розташування електродів відносно молекули кремнію.
Дослідження стало однією з перших демонстрацій подібних квантових ефектів у тривимірному алмазоподібному кремнії — структурі, яка застосовується в комерційних мікросхемах. Окрім розвитку мікроелектроніки, ці результати можуть лягти в основу створення новітніх термоелектричних пристроїв, що здатні генерувати електроенергію з відведеного тепла.
Результати дослідження оприлюднені у журналі ACS.