Созданная сверхтонкая кристаллическая плёнка позволяет электронам двигаться в 7 раз быстрее, чем в полупроводниках.

Созданная сверхтонкая кристаллическая плёнка позволяет электронам двигаться в 7 раз быстрее, чем в полупроводниках.

1 мин


Учёные разработали новый тип сверхтонкой кристаллической полупроводниковой плёнки, которая позволяет электронам двигаться в семь раз быстрее, чем в традиционных полупроводниках, что может иметь огромные последствия для электронных устройств.

В исследовании, опубликованном 1 июля в журнале Materials Today Physics, физики создали из кристаллического материала, называемого тернарным тетрадимитом, чрезвычайно тонкую плёнку.

Созданная сверхтонкая кристаллическая плёнка позволяет электронам двигаться в 7 раз быстрее, чем в полупроводниках.
Новая кристаллическая пленка тоньше человеческого волоса. Изображение: Jagadeesh Moodera, et al

Эта плёнка — всего 100 нанометров в ширину, что примерно в тысячу раз тоньше человеческого волоса — была создана с помощью процесса, называемого молекулярно-лучевой эпитаксией, который включает в себя точное управление потоками молекул для построения материала атом за атомом. Этот процесс позволяет создавать материалы с минимальным количеством дефектов, что способствует большей подвижности электронов, т.е. способности электронов легко перемещаться через материал под воздействием электрического поля.

Когда учёные подали электрический ток на плёнку, они зафиксировали рекордную скорость движения электронов — 10 тысяч квадратных сантиметров на вольт-секунду (см²/В-с). Для сравнения, в стандартных кремниевых полупроводниках электроны обычно перемещаются со скоростью около 1 400 см²/В-с и значительно медленнее в традиционных медных проводниках.

Эта невероятно высокая подвижность электронов означает лучшую проводимость. Что, в свою очередь, открывает путь к созданию более эффективных и мощных электронных устройств, которые выделяют меньше тепла и тратят меньше энергии.

Созданная сверхтонкая кристаллическая плёнка позволяет электронам двигаться в 7 раз быстрее, чем в полупроводниках.
Микроскопическая кристаллическая структура тонкой пленки с минимальным количеством дефектов позволяет электронам проходить через нее с высокой подвижностью. Изображение: Jagadeesh Moodera, et al

Исследователи сравнили свойства плёнки с «шоссе без пробок», отметив, что такие материалы «будут незаменимы для более эффективных и устойчивых электронных устройств, способных выполнять больше работы при меньшем потреблении энергии». Потенциальные применения включают в себя носимые термоэлектрические устройства, которые превращают отходящее тепло в электроэнергию, и «спинтронные» устройства, использующие спин электрона вместо заряда для обработки информации, заявили учёные.

«Ранее то, чего удалось достичь в плане подвижности электронов в этих системах, можно было сравнить с движением по шоссе с ремонтом — вы стоите в пробке, не можете ехать, пыльно и кругом беспорядок, — сказал в своём заявлении Джагадиш Мудера (Jagadeesh Moodera), физик из Массачусетского технологического института (MIT). — В этом новооптимизированном материале это как поездка по Масс-Пайку без пробок.»

Учёные измерили подвижность электронов в материале, поместив кристаллическую плёнку в экстремально холодную среду под магнитным полем. Затем они пропустили через неё электрический ток и измерили квантовые колебания, которые происходят, когда электрическое сопротивление колеблется в ответ на магнитное поле.

Даже крошечные дефекты в материале могут влиять на подвижность электронов, препятствуя их движению. Поэтому учёные надеются, что совершенствование процесса создания плёнки приведёт к ещё лучшим результатам.

«Это показывает, что можно сделать гигантский шаг вперёд при правильном управлении этими сложными системами, — сказал Мудера. — Это говорит нам о том, что мы движемся в правильном направлении и у нас есть правильная система для дальнейшего совершенствования этого материала до ещё более тонких плёнок и бесконтактной связи для использования в будущих спинтронных и носимых термоэлектрических устройствах.»


Понравилось? Поделитесь с друзьями!

Комментарии

- комментариев

Включить уведомления Да Спасибо, не надо