Как известно, в 2010 году была вручена Нобелевская премия по физике за исследование свойств графена, в частности его удивительная проводимость. Сейчас же появилась возможность прекратить поток электронов в этой форме углерода, что в некотором будущем может привести к сверхбыстрым компьютерам.
Шестиугольная молекула толщиной всего в один атом углерода оказывает потоку электронов гораздо меньшее сопротивление, нежели популярный в настоящий момент в электронике кремний. Поэтому теперь, ученые видят в нем основу для создания электронных схем, работающих с беспрецедентной поныне скоростью. “Это крайне многообещающий материал” - сказал Андрей Новоселов, который разделил Нобелевскую премию вместе со своим коллегой Андре Геймом. Оба они работают сейчас в Университете Манчестера, Великобритания.
Но легкий поток электронов также создает и проблемы. Для выполнения вычислений в электронных схемах требуется запускать и останавливать поток электронов по необходимости. Вентили, которые открываются и закрываются, управляя электронным потоком, называются транзисторами. Однако, до недавнего времени создание транзисторов на основе графена оканчивалось неудачей как раз благодаря его уникальной проводимости.
Предыдущие попытки достигали некоторых результатов и переводили прототип транзистора в состояние “выключено”, однако все эти прототипы страдали от электронной утечки, и в промышленных образцах использованы быть не могли. До недавнего времени…
Квантовый туннель
Теперь, Новоселов и его коллеги смогли решить проблему электронных утечек, путем создания “бутерброда” из двух слоев графена и слоя дисульфида молибдена между ними. Слой молибдена играет роль изолятора и препятствует потоку электронов между двумя пластинами графена. Это состояние “выключено”.
Квантовый механический эффект дает возможность небольшому количеству электронов “туннелировать” сквозь слой молибдена. В обычных условиях это случается достаточно редко, однако, если подать на оба слоя графена разность потенциалов, это увеличит энергию электронов, что сделает туннельных эффект более вероятным, а значит между слоями графена начнет течь электрический ток. Так появляется состояние “включено”. Изменяя напряжение, ученые смогли достичь устойчивого переключения между состояниями “включено” и “выключено”, а значит они получили работающий транзистор.
Подобный “бутерброд” сокращает утечку электронов примерно в 10 раз по сравнению с предыдущими образцами. Исследовательская команда планирует еще снизить утечку путем увеличения изоляционного слоя. “Это воистину открывает новое измерение в наших исследованиях”, сказал Новоселов.