Исследователи Калифорнийского университета в Риверсайде (США) сделали прорыв в понимании того, как электричество проходит через кремний — ключевой материал современной электроники. Их открытие может привести к созданию более быстрых, компактных и энергоэффективных электронных устройств, использующих квантовое поведение электронов.
На квантовом уровне электроны ведут себя не только как частицы, но и как волны. Это означает, что они могут подвергаться интерференции — эффекту, при котором волны усиливают или гасят друг друга. Ученые доказали, что симметричная структура молекул кремния способна вызывать разрушительную интерференцию, которая может буквально «выключать» ток, действуя как наномасштабный переключатель.
«Когда кремниевые структуры имеют высокую симметрию, они могут гасить ток так же, как шумоподавляющие наушники гасят звук. Это не просто улучшение — это новый взгляд на то, что вообще способен делать кремний», — отмечает руководитель исследования Тим Су.
В отличие от традиционных подходов, где микросхемы «вырезаются» из кремниевых пластин, команда использовала химический метод «снизу вверх», собирая кремниевые молекулы с точным расположением атомов. Это позволило им контролировать движение электронов с беспрецедентной точностью.
Современные технологии микропроцессоров подходят к своим физическим пределам: элементы становятся настолько малы, что квантовые эффекты, например, утечка электронов через изоляторы, становятся все более заметными. Новое исследование предлагает не бороться с этими эффектами, а использовать их во благо.
С помощью специальных электродов исследователи смогли «включать» и «выключать» интерференцию, влияя на проводимость структуры. Это делает возможным создание молекулярных переключателей, способных работать на скоростях и масштабах, недоступных традиционным полупроводникам.
Открытие может найти применение в молекулярной электронике (для создания устройств размером с одну молекулу), термоэлектрических генераторах (преобразующих тепло в электричество), квантовых вычислениях (с использованием привычных, но модифицированных материалов).
Особую значимость имеет тот факт, что эффект интерференции был получен в структуре, аналогичной кристаллу алмаза — той самой трехмерной форме кремния, которая используется в производстве обычных чипов. Это означает, что технология может быть интегрирована в существующие процессы производства электроники.
Ранее Наука Mail рассказывала, что, как выяснили российские ученые, из оксида алюминия можно изготавливать медицинские повязки.