Как работает новый графеновый транзистор с рекордной частотой 427 ГГц. Какие преимущества он дает по сравнению с кремниевыми транзисторами. Каковы перспективы применения графеновых транзисторов в электронике будущего.
Создание сверхбыстрого графенового транзистора
Ученые из Университета Цинхуа в Китае совершили прорыв в области транзисторных технологий, создав графеновый транзистор с рекордной частотой работы 427 ГГц. Это достижение открывает новые перспективы для развития высокоскоростной электроники.
Как удалось достичь такого выдающегося результата? Исследователи использовали уникальные свойства графена — двумерного материала, состоящего из атомов углерода, расположенных в гексагональной решетке. Графен обладает исключительной электропроводностью и подвижностью носителей заряда, что позволяет создавать на его основе сверхбыстрые электронные компоненты.
Преимущества графеновых транзисторов перед кремниевыми
Чем графеновые транзисторы превосходят традиционные кремниевые? Основные преимущества включают:
- Более высокую рабочую частоту (до 427 ГГц против 300-400 ГГц у кремниевых)
- Меньшее энергопотребление
- Возможность уменьшения размеров транзисторов до нанометровых масштабов
- Лучший теплоотвод
- Гибкость и прозрачность графеновых структур
Эти свойства делают графен перспективным материалом для создания электроники нового поколения.
Технология изготовления графенового транзистора
Как ученым удалось создать столь быстродействующий транзистор? Ключевые особенности технологии:
- Использование графена высокого качества, полученного методом химического осаждения из газовой фазы
- Формирование ультратонкого диэлектрического слоя толщиной всего 2 нм
- Применение самосовмещенной технологии для точного позиционирования электродов
- Оптимизация геометрии транзистора для минимизации паразитных емкостей
Благодаря этим инновациям удалось достичь рекордной частоты переключения 427 ГГц.
Перспективы применения графеновых транзисторов
Где могут найти применение сверхбыстрые графеновые транзисторы? Основные области потенциального использования:
- Высокочастотная электроника для систем связи 5G и 6G
- Сверхбыстрые процессоры для суперкомпьютеров
- Аналого-цифровые преобразователи терагерцового диапазона
- Высокочувствительные детекторы излучения
- Гибкая и прозрачная электроника
Эксперты полагают, что графеновые транзисторы могут стать основой для электроники будущего, превосходящей кремниевую по быстродействию и энергоэффективности.
Проблемы на пути внедрения графеновых транзисторов
Несмотря на впечатляющие результаты, графеновые транзисторы пока не готовы к массовому производству. Какие препятствия необходимо преодолеть?
- Технология получения качественного графена большой площади
- Проблема отсутствия запрещенной зоны у графена
- Сложность интеграции с существующими кремниевыми технологиями
- Высокая стоимость производства
- Недостаточная воспроизводимость характеристик
Потребуются дальнейшие исследования для решения этих проблем и доведения технологии до промышленного уровня.
Сравнение графеновых и кремниевых транзисторов
Как соотносятся характеристики графеновых и кремниевых транзисторов? Ключевые различия:
| Параметр | Графеновые транзисторы | Кремниевые транзисторы |
|---|---|---|
| Максимальная частота | До 427 ГГц | 300-400 ГГц |
| Минимальные размеры | Единицы нанометров | 5-7 нм |
| Подвижность носителей | >200 000 см2/В·с | 1400 см2/В·с |
| Теплопроводность | 5000 Вт/м·К | 150 Вт/м·К |
Как видно, по ключевым параметрам графеновые транзисторы значительно превосходят кремниевые аналоги.
Перспективы развития графеновой электроники
Каковы дальнейшие пути развития графеновых транзисторов? Основные направления исследований:
- Повышение рабочей частоты до терагерцового диапазона
- Уменьшение размеров до единиц нанометров
- Создание логических схем на основе графена
- Интеграция с другими 2D-материалами
- Разработка методов массового производства
Эксперты считают, что в перспективе графеновые транзисторы могут полностью вытеснить кремниевые в ряде областей, особенно в высокочастотной электронике.
Заключение
Создание графенового транзистора с рекордной частотой 427 ГГц стало важным шагом на пути развития электроники нового поколения. Хотя еще предстоит решить ряд технологических проблем, потенциал графеновых транзисторов огромен. Они могут стать основой для сверхбыстрых и энергоэффективных электронных устройств будущего, открывая новые возможности в области связи, вычислительной техники и сенсорных систем.
Учёные создали графеновый транзистор с частотой работы 427 ГГц / Хабр
К сожалению, в отличие от обычных полупроводников, находящих широкое практическое применение, графен, материал, на который в последнее время возлагаются большие надежды, не имеет запрещённой зоны, что означает сложности или полную невозможность построения транзистора нового поколения на его основе. Гуаньсюн Лю и его коллеги заявили, что они нашли обходной путь, отличный от используемого в обычных транзисторах.
За последние пять десятков лет развитие кремниевой электроники во многом происходит благодаря уменьшению отдельных компонентов на кристалле. Однако, всему есть свои пределы, и эксперты считают, что подобное продлится не далее 2026 года. Учёные всего мира находятся в активном поиске материала, способного заменить кремний, и часто взоры обращаются на графен.
В полупроводниках, используемых в транзисторах, существуют, как и в любых твёрдых материалах, зона энергии, в которой электроны могут свободно течь, что делает их проводником и «открывает» их, и зона, в которой их движение невозможно, что вызывает «закрытие».
Для открытия и перехода в состояние зоны проводимости требуется относительно малое количество энергии. Именно эти свойства определяют принципы и характеристики полупроводниковых транзисторов. Однако, отсутствие у графена запрещенной зоны серьёзно ограничивает его использование в качестве транзистора: у графена нет областей энергии, которыми не может обладать электрон в кристалле. На практике это означает невозможность «отключить» графеновый транзистор.
Поэтому одной из основных задач, стоявших перед исследователями свойств графена, было создание искусственной запрещённой энергетической зоны. Добивались они этого приложением электрических полей, добавлением примесей или растяжением и сжатием материала. Попытки не увенчались положительным результатом: для создания транзистора требуется запрещённая зона порядка единицы эВ при условиях комнатной температуры, а попытки приводили к размеру запрещённой зоны лишь в несколько сотен мэВ. И даже в этом случае у графенового транзистора возникали отрицательные свойства: слишком высокие энергопотребление и рассеиваемая теплота.
Лю и его коллеги подошли совершенно с другой стороны: вместо попыток создания искусственной запрещённой зоны, что сделало бы полученный транзистор более кремниевоподобным, они использовали явление отрицательного сопротивления. Явление заключается в появлении на вольтамперной характеристике участка, где напряжение уменьшается при увеличении протекающего тока. Различные исследования показали наличие у графена отрицательного сопротивления при определённых условиях.
Группа Лю попыталась использовать это падение напряжения для создания логических элементов. Фактически, главным достижением стала демонстрация того, как с помощью нескольких графеновых полевых транзисторов возможно создать традиционные логические элементы. Результаты оказались многообещающими, Лю и его коллеги показали эффективность их подхода созданием логической цепи, которая имеет преимущества над аналогичной схемой, выполненной при помощи кремниевых транзисторов. Пока что исследователям удалось создать элемент исключающего «ИЛИ» на основе трёх графеновых транзисторов вместо восьми кремниевых, что сулит куда меньшее занимаемое место на кристалле микросхемы.
Интересно также, что графеновые транзисторы могут работать на частоте более 400 ГГц.
Конечно, частота работы отдельного элемента не означает подобную же частоту работы целого микропроцессора. Также текущий рекорд частоты работы транзистора остаётся за полутерагерцевым кремний-германиевым транзистором, и работавшем на частоте 765 ГГц при комнатной и на частоте 845 ГГц при температуре −55°C транзистором на основе фосфида индия и арсенида индия-галлия. Если речь заходит о скоростях работы, то, как указывает enclis, с помощью лазерного излучения электрическое поле в диэлектрике можно переключать с частотой в петагерц, лишь за фемтосекунду. Тем не менее исследования Гуаньсюн Лю и его коллег — это новый, отличный от предыдущих способ построения логических цепей на основе графена.
Отчёт на arXiv
Графеновые транзисторы ускорят компьютеры в тысячи раз, заявили физики
https://ria.ru/20170614/1496462892.html
Графеновые транзисторы ускорят компьютеры в тысячи раз, заявили физики
Графеновые транзисторы ускорят компьютеры в тысячи раз, заявили физики — РИА Новости, 15.
06.2017
Графеновые транзисторы ускорят компьютеры в тысячи раз, заявили физики
Американские физики заявляют о создании первых «магнитных» графеновых транзисторов, которые могут работать в тысячи раз быстрее, чем их кремниевые конкуренты, и РИА Новости, 14.06.2017
2017-06-14T12:54
2017-06-14T12:54
2017-06-15T10:35
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21.img.ria.ru/images/sharing/article/1496462892.jpg?14964581751497512105
сша
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2017
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.
ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
1
5
4.7
96
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
открытия — риа наука, сша
Открытия — РИА Наука, Наука, США
МОСКВА, 14 июн — РИА Новости. Американские физики заявляют о создании первых «магнитных» графеновых транзисторов, которые могут работать в тысячи раз быстрее, чем их кремниевые конкуренты, и при этом потребляют в сто раз меньше энергии, говорится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.
«Для дальнейшего развития цивилизации нам нужны все более быстрые компьютеры, способные просчитывать новейшие климатические модели, симуляции космического пространства и проводить все более сложные экономические расчеты. Кремниевые технологии давно достигли своего предела, и мы больше не можем опираться на них», — рассказывает Райан Гельфанд (Ryan Gelfand) из университета Центральной Флориды в Орландо (США).
С момента открытия графена в 2004 году российско-британскими физиками Андреем Геймом и Константином Новоселовым ученые пытаются приспособить этот материал для создания электроники. Однотипные проблемы — высокие токи утечки, сложности в работе с графеном и проблемы при нанесении подложки-изолятора — мешают физикам создать транзисторы, приспособленные для промышленного производства.
6 октября 2016, 21:04
Ученые впервые создали транзистор размером в нанометрФизики из университета Беркли создали первый в мире транзистор с размером затвора в один нанометр, что на порядок меньше, чем у самых миниатюрных «кирпичиков» компьютерных чипов сегодня.
Эти проблемы, как показывают опыты самих нобелевских лауреатов и их российских коллег, можно решить, сочетая графен с «настоящими» полупроводниками или объединяя листы графена в многослойные конструкции, однако в таком виде многие его плюсы становятся менее впечатляющими, чем в момент открытия этого материала. Поэтому сегодня ученые все чаще обращают внимание на другие «двухмерные» материалы, изначально являющиеся полупроводниками, — дисульфид молибдена, нитрид бора и другие сложные соединения.
Гельфанд и его коллеги предлагают использовать графен для создания не обычных транзисторов, а их «магнитных» аналогов, в которых движением электронов управляют магнитные, а не электрические поля.
Работа подобных транзисторов, как объясняют ученые, обеспечивается одним из необычных свойств графена — электричество начинает течь через него быстрее при приложении магнитного поля, а не медленнее, как для большинства других материалов. Соответственно, меняя напряженность и направление магнитного поля, можно управлять прохождением тока через графен, что фактически является аналогом того, как работает «обычный» транзистор.
16 мая 2017, 18:55
Ученые: алмазные транзисторы сделают компьютеры неуязвимыми для радиации
Американские физики очень остроумно подошли к реализации этой идеи — они создали графеновый транзистор, не используя, собственно, сам графен. Он представляет собой набор из трех углеродных нанотрубок: одной дефектной, с частичным «разрывом» посередине, что делает ее эквивалентом узкой полоски из графена, и двух нормальных нитей, играющих роль источника магнитных полей.
Ток в таком транзисторе, если напряжение в двух контролирующих нанотрубках постоянно, может течь только в одном направлении, и его сила будет зависеть от того, как много тока пропускается через боковые углеродные нити. Соответственно, понижая или повышая его силу, ученые могут закрывать или открывать «затвор» транзистора. Более того, меняя силу тока в каждой из трубок по отдельности, можно заставить один такой транзистор выполнять некоторые логические функции, что заметно снижает сложность устройства микросхем.
16 мая 2016, 16:18
МФТИ: графен поможет обуздать энергоаппетиты процессоров будущегоРоссийские физики придумали новый тип транзистора из двух слоев графена и доказали, что он будет обладать рекордно низким энергопотреблением.
Главные плюсы этих транзисторов в том, что помимо сверхвысокой скорости переключения — они могут работать на частоте в два терагерц, их можно соединять напрямую. Это выгодно отличает их от других типов графеновой электроники и, по словам Гельфанда, позволяет создавать аналоги полупроводниковых логических схем из нанотрубок и графена уже сейчас.
Главный недостатк «магнитного» транзистора в том, что он работает при сверхнизких температурах — не более 70 градусов Кельвина (минус 203 градуса Цельсия). Как отмечает физик, эта проблема решаема, и уже сегодня есть способы заставить графен вести себя таким образом и при комнатной температуре.
Ученые только что создали графеновый транзистор с затвором толщиной с атом
В технологии не было большего волшебства, чем ловкость рук, осуществляемая по закону Мура.
Электронные компоненты, которые когда-то помещались на вашей ладони, давно превратились в атомы, исчезнув из нашего мира и поселившись в квантовом мире.
Но сейчас мы стираем горькие пределы этой тенденции. В статье, опубликованной на этой неделе в журнале Nature , ученые из Университета Цинхуа в Шанхае написали, что они построили затвор графенового транзистора длиной 0,34 нанометра (нм), что примерно равно размеру одного атома углерода.
Затвор, компонент микросхемы, который включает и выключает транзисторы, является важной мерой размера транзистора. Предыдущие исследования уже увеличили длину затвора до одного нанометра и ниже. Уменьшая длину ворот до размера отдельных атомов, последняя работа устанавливает новую отметку, которую будет трудно превзойти. «В будущем людям будет практически невозможно сделать длину затвора меньше 0,34 нм», — сказал старший автор статьи Тянь-Линг Рен в интервью IEEE Spectrum . «Это может быть последний узел для закона Мура».
Транзисторы состоят из нескольких основных компонентов: истока, стока, канала и затвора. Электрический ток течет от источника, через канал, мимо затвора и в сток. Затвор включает или выключает этот ток в зависимости от приложенного к нему напряжения.
Последние достижения в области экстремальной миниатюризации транзисторных затворов основаны на некоторых интересных материалах. Например, в 2016 году исследователи использовали углеродные нанотрубки — листы углерода толщиной в один атом, свернутые в цилиндры — и двумерный материал, называемый дисульфидом молибдена, для достижения длины затвора в один нанометр. Кремний является лучшим полупроводником, поскольку электрические токи сталкиваются с большим сопротивлением в дисульфиде молибдена, но когда длина затвора падает ниже пяти нанометров, электроны просачиваются через затвор в кремниевых транзисторах. Естественная стойкость дисульфида молибдена предотвращает эту утечку в мельчайших масштабах.
Опираясь на эту предыдущую работу, исследователи в последнем исследовании также выбрали дисульфид молибдена в качестве материала канала и затвора на основе углерода. Но вместо углеродных нанотрубок, которые имеют нанометр в поперечнике, они стали меньше. Разверните нанотрубку, и вы получите лист из атомов углерода, называемый графеном. Графен обладает множеством интересных свойств, одним из которых является отличная проводимость. Ширина и длина листа графена, конечно, больше, чем у нанотрубки, но толщина края составляет один атом углерода. Команда умело использовала это свойство.
Сначала они нанесли слой диоксида кремния для базовой конструкции. Затем, используя метод производства графена, называемый химическим осаждением из паровой фазы, они уложили лист графена поверх диоксида кремния и слой оксида алюминия поверх графена. Оксид алюминия и диоксид кремния, окружающие графен, действуют как изоляторы, эффективно отсекая его электрические свойства от остальной части транзистора.
Затем они вырезали в сэндвич-материалах, чтобы создать ступеньку — той же формы, что и лестница в вашем доме, — и в процессе обнажили край листа графена на вертикальной стенке ступеньки, создав таким образом ворота атомарной толщины. Они называют эту конструкцию «транзистор боковой стенки».
Наконец, поверх ступени команда уложила слой оксида гафния, чтобы добавить небольшое пространство между воротами и каналом, и слой дисульфида молибдена, чтобы сформировать канал. Затем они добавили два металлических электрода, один на верхнюю ступеньку и один на нижнюю, в качестве истока и стока.
Транзистор с боковой стенкой и графеновым затвором. Изображение предоставлено: Ву, Ф., Тиан, Х., Шен, Ю. и др. Вертикальные транзисторы MoS2 с длиной затвора менее 1 нм. Природа 603, 259–264 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-021-04323-3 Важно отметить, что новая техника не требует от исследователей точного позиционирования графена, чтобы ворота работали. Это одна из самых больших проблем при использовании углеродных нанотрубок — не так уж сложно заставить их располагаться именно там, где они нужны.
Чтобы было ясно, работа является доказательством концепции: исследователи не масштабировали подход. Изготовление нескольких транзисторов — это не то же самое, что изготовление миллиардов на одном чипе и безупречное изготовление миллиардов этих чипов для использования в ноутбуках и смартфонах. Рен также отмечает, что 2D-материалы, такие как дисульфид молибдена, по-прежнему дороги, а производство высококачественных материалов в больших масштабах является проблемой.
Новые технологии, такие как кремниевые транзисторы с универсальным затвором, скорее всего, появятся в вашем ноутбуке или телефоне в ближайшие несколько лет. Кроме того, стоит отметить, что действие закона Мура — компьютеры будут становиться все более мощными и дешевыми с экспоненциальной скоростью — также может зависеть от настроек программного обеспечения или изменений в архитектуре, таких как использование третьего измерения для размещения компонентов поверх одного.
еще один.
Тем не менее, исследование исследует и лучше определяет внешние границы миниатюризации, возможно, устанавливая нижнюю границу, которая не может быть нарушена в течение многих лет. Он также демонстрирует умный способ использования наиболее желательных свойств 2D-материалов в микросхемах. И если его доработать, подход, который не зависит от точного позиционирования компонентов и опирается на уже распространенные технологии производства микросхем, похоже, имеет некоторый потенциал для масштабирования.
Как бы то ни было, уменьшение размеров электронных компонентов с дюймов до атомов за относительно короткий промежуток времени остается одним из самых изящных трюков науки и техники, и эта работа доводит эту тенденцию до новой крайности. Фото: Юлисса Тагле / Unsplash Переосмыслите, что возможно. Присоединяйтесь к тщательно подобранной эксклюзивной группе из 80 руководителей для участия в флагманской программе Singularity Executive Program (EP) — пятидневной полностью иммерсивной программе трансформации лидерства, которая меняет существующие способы мышления.
Откройте для себя новое мышление, набор инструментов и сеть коллег-футуристов, стремящихся найти решения для быстрых изменений в мире. Нажмите здесь, чтобы узнать больше и подать заявку сегодня!
Новый графеновый транзистор может сократить мировой бюджет цифровой энергии на 5%
Новый графеновый транзистор может сократить мировой цифровой энергетический бюджет на 5%| 11 апреля 2022 г. | |
| ( Nanowerk News ) Новый взгляд на одно из самых маленьких, но самых грандиозных изобретений 20-го века, транзистор, может помочь удовлетворить постоянно растущий аппетит мира к цифровой памяти, сокращая до 5% энергии из его энергоемкого рациона. . | |
После нескольких лет инноваций Кристиана Бинека из Университета Небраски — Линкольна и Джонатана Берда и Кеке Хе из Университета Буффало физики недавно объединились для создания первого магнитоэлектрического транзистора. | |
| По словам физика из Небраски Питера Доубена, наряду с ограничением энергопотребления любой микроэлектроники, разработанная командой, можно уменьшить количество транзисторов, необходимых для хранения определенных данных, на целых 75%, что приведет к уменьшению размеров устройств. Он также может предоставить стальную ловушку памяти микроэлектроники, которая точно помнит, где его пользователи остановились, даже после выключения или внезапного отключения питания. | |
| «Последствия этой последней демонстрации очень глубоки», — сказал Доубен, соавтор недавней статьи о работе, которая украсила обложку журнала Advanced Materials («Графен на хроме: система для работы при температуре выше комнатной). Спинтроника»). | |
Наноразмерная визуализация двух материалов, графена (серый) и оксида хрома (синий), которая позволила исследователям из Небраски и Буффало изготовить новый тип транзистора. Красные и зеленые стрелки обозначают вращение, свойство электронов, связанное с магнетизмом, которое можно прочитать как 1 или 0. (© Advanced Materials) | |
| Многие миллионы транзисторов выстилают поверхность каждой современной интегральной схемы или микрочипа, который сам производится в ошеломляющих количествах — примерно 1 триллион только в 2020 году — из любимого в отрасли полупроводникового материала — кремния. Регулируя поток электрического тока внутри микрочипа, крошечный транзистор эффективно действует как наноскопический переключатель, необходимый для записи, чтения и хранения данных в виде единиц и нулей цифровой технологии. | |
| Но микрочипы на основе кремния приближаются к своему практическому пределу, сказал Доубен. Эти ограничения заставляют полупроводниковую промышленность исследовать и финансировать каждую возможную многообещающую альтернативу. | |
«Традиционная интегральная схема сталкивается с некоторыми серьезными проблемами», — сказал Доубен, профессор физики и астрономии Чарльза Бесси в Небраске. «Есть предел тому, насколько меньше он может стать. В основном мы приближаемся к диапазону, где мы говорим о 25 или менее атомах кремния в ширину. И вы выделяете тепло каждым устройством на (интегральной схеме), поэтому вы больше не можете уносить достаточно тепла, чтобы все работало». | |
| Это затруднительное положение вырисовывается даже тогда, когда спрос на цифровую память и энергию, необходимую для ее удовлетворения, резко возрос на фоне повсеместного внедрения компьютеров, серверов и Интернета. Интеллектуальное оснащение телевизоров, автомобилей и других технологий с помощью микрочипов только увеличило этот спрос. | |
| «Мы приближаемся к тому моменту, когда собираемся приблизиться к предыдущему потреблению энергии в Соединенных Штатах только для памяти (только)», — сказал Доубен. «И это не прекращается. | |
«Поэтому вам нужно что-то, что вы можете уменьшить, если это возможно. Но прежде всего вам нужно что-то, что работает иначе, чем кремниевый транзистор, чтобы вы могли значительно снизить энергопотребление». | |
‘Теперь, когда это работает, начинается самое интересное’ | |
| Типичные кремниевые транзисторы состоят из нескольких выводов. Два из них, называемые истоком и стоком, служат начальной и конечной точками для электронов, протекающих по цепи. Над этим каналом находится еще один терминал, ворота. Подача напряжения между затвором и истоком может определять, протекает ли электрический ток с низким или высоким сопротивлением, что приводит либо к накоплению, либо к отсутствию зарядов электронов, что кодируется как 1 или 0 соответственно. Но память с произвольным доступом — форма, на которую опирается большинство компьютерных приложений — требует постоянного источника питания только для поддержания этих бинарных состояний. | |
Поэтому вместо того, чтобы полагаться на электрический заряд как на основу своего подхода, команда обратилась к вращению: связанному с магнетизмом свойству электронов, которое направлено вверх или вниз и может быть прочитано, как электрический заряд, как 1 или 0. Команда знали, что электроны, протекающие через графен, сверхпрочный материал толщиной всего в один атом, могут сохранять свою первоначальную ориентацию спина на относительно больших расстояниях — привлекательное свойство для демонстрации потенциала транзистора на основе спинтроники. На самом деле управление ориентацией этих спинов с использованием значительно меньшей мощности, чем у обычного транзистора, было гораздо более сложной задачей. | |
| Для этого исследователям нужно было покрыть графен подходящим материалом. К счастью, Бинек уже посвятил годы изучению и модификации именно такого материала — оксида хрома. Крайне важно, что оксид хрома является магнитоэлектрическим, а это означает, что спины атомов на его поверхности можно переключать сверху вниз или наоборот, применяя небольшое временное напряжение, потребляющее энергию. | |
При подаче положительного напряжения спины нижележащего оксида хрома направлены вверх, в конечном итоге заставляя ориентацию спинов электрического тока графена отклоняться влево и давать детектируемый сигнал в процессе. Отрицательное напряжение вместо этого переворачивает спины оксида хрома вниз, при этом ориентация спинов тока графена переворачивается вправо и генерирует сигнал, четко отличимый от другого. | |
| «Теперь вы начинаете получать действительно хорошую точность (в сигнале), потому что, если вы сидите с одной стороны устройства и приложили напряжение, ток идет в этом направлении. Вы можете сказать, что это «включено», — сказал Доубен. «Но если он говорит течению идти в другую сторону, это явно «выключено». | |
| «Это потенциально дает вам огромную точность при очень небольших затратах энергии. Все, что вы сделали, это подали напряжение, и оно перевернулось». | |
Какой бы многообещающей и функциональной ни была демонстрация команды, Доубен сказал, что существует множество альтернатив графену, которые имеют толщину в один атом, но также обладают свойствами, более подходящими для магнитоэлектрического транзистора. По его словам, гонка за наложение оксида хрома на другие 2D-кандидаты уже началась и знаменует собой «не что-то, а начало чего-то». | |
| «Теперь, когда это работает, начинается самое интересное, потому что у каждого будет свой любимый 2D-материал, и они собираются его опробовать», — сказал Доубен. «Некоторые из них будут работать намного лучше, а некоторые — нет. Но теперь, когда вы знаете, что это работает, стоит инвестировать в другие, более сложные материалы, которые могли бы это сделать. | |
| «Теперь каждый может принять участие в игре, выясняя, как сделать транзистор действительно хорошим и конкурентоспособным и, действительно, превзойти кремний». | |
| Достижение этого момента было долгим путешествием, вымощенным «огромным количеством достижений», сказал Доубен, особенно со стороны дуэта Бинека и Берда. | |
«Такого рода проекты демонстрируют, насколько эффективными могут быть совместные исследования, — сказал Бёрд, — сочетая, как это происходит, известный опыт в области магнитных материалов в Небраске с возможностями Buffalo в области наноразмерных полупроводниковых устройств». | |
| Доубен рассказал лишь о некоторых важных достижениях команды. Было осознание того, что магнитоэлектрические материалы могут оказаться действенным подходом. Идентификация оксида хрома. Его модификация, как для управления его вращением с помощью напряжения, а не магнетизма, поглощающего энергию, так и для обеспечения того, чтобы он работал значительно выше комнатной температуры, потому что, как выразился Доубен, «если вы собираетесь конкурировать с полупроводниковой промышленностью. , он не может просто работать в Небраске зимой. Он должен работать в Саудовской Аравии летом». Затем были основанные на теории компьютерные симуляции и несколько прототипов на ранних стадиях. | |
| «Здесь не было эдисоновского момента. Вы как бы знаете, куда идете, но это требует времени», — сказал Доубен. «Есть много технических проблем, которые нужно решить. Это утомительно, и это не выглядит красиво. | |
«Но иногда результаты совершенно впечатляющие, — сказал он, — и это весело». |
| Источник: Университет Небраски-Линкольн | |
| Поделись этим: | |
Информационный бюллетень Nanowerk
Получайте наши ежедневные новости о нанотехнологиях на свой почтовый ящик!
Новости нанотехнологий
Перья пингвинов могут быть секретом эффективной наноструктурированной технологии защиты от обледенения
24 октября 2022 г.
Топологические дефекты могут содержать ключ к будущему нанотехнологий, а также к происхождению Вселенной
24.10.2022
Тандемные солнечные элементы с перовскитом: наноструктуры во многом помогают
24 октября 2022 г.
Исследователи разрабатывают лазер, который может «изменить ландшафт интегрированной фотоники»
24 октября 2022 г.
Создание углеродных наноструктур с использованием небольших органических молекул
24 октября 2022 г.
Захват поляритонов в инженерном квантовом ящике
24 октября 2022 г.
Интерферометр запутанной материи и волн: теперь с удвоенной пугаемостью
22 октября 2022 г.
Ускорение вычислений ДНК с помощью жидких капель
22 октября 2022 г.
Выявление скрытой визуальной информации: универсальный детектор для тысяч цветов
21 октября 2022 г.
Технико-экономическое обоснование охлаждения основного состояния и однофононного считывания захваченных электронов с использованием гибридных квантовых систем
21.10.2022
Кислотный слой в одностенных углеродных нанотрубках способствует удержанию анионных примесей
20 октября 2022 г.
Выполнение домашнего задания Эйнштейна по специальной теории относительности в электромагнетизме
20 октября 2022 г.
Как можно манипулировать цифровыми данными, хранящимися в виде ДНК?
20 октября 2022 г.
Синтетические клетки для взаимодействия с живой материей
20 октября 2022 г.
Самый тонкий ферроэлектрический материал прокладывает путь к новым энергоэффективным устройствам
20 октября 2022 г.
Ограничение классических и квантовых волн кристаллами
20 октября 2022 г.
Открытие атомной конфигурации параэлектрических материалов толщиной в два атомных слоя
19 октября 2022 г.
Блокирование шума: композит MXene может устранить электромагнитные помехи, поглощая их
19 октября 2022 г.
Как точно управлять частицей с помощью ультразвуковых волн
19 октября 2022 г.
Четыре научных достижения в эксафлопсной эре
19 октября 2022 г.
Наночастицы однажды помогут «вылечить неизлечимое»
18 октября 2022 г.
Нанотехнологии, матричная РНК в сочетании с возможным новым «универсальным» COVID-19лечение
18 октября 2022 г.
Первое экспериментальное наблюдение неуловимого порядка укладки в четырехслойном графене
18 октября 2022 г.
Нанопористые интерметаллические соединения, повышающие производство водорода
18 октября 2022 г.
ДНК придает коллоидным кристаллам способность изменять форму и память
17 октября 2022 г.
Динамика экситонов для будущей сверхскоростной связи изучается с беспрецедентным разрешением
17 октября 2022 г.
Химики обнаруживают трещины в броне нанокристаллов целлюлозы
17 октября 2022 г.
Спектроскопически контролируемые квантовые биты
15 октября 2022 г.
Ученые используют поверхностно-активное вещество для создания «инертных» матриц для роста нанотрубок
15 октября 2022 г.
Уточнение свойств материала для более четкого отображения
14 октября 2022 г.
Новые количественные измерения кудитов позволяют заглянуть в квантовое будущее
13 октября 2022 г.
Ученые подсчитывают электрические заряды в одной наночастице катализатора вплоть до электрона
13 октября 2022 г.
