На квантовом уровне электроны проявляют не только корпускулярные, но и волновые свойства. Ученые продемонстрировали, что в молекулярных структурах кремния с высокой симметрией возможно создание условий для квантовой интерференции — явления, при котором волны электронов либо усиливают, либо гасят друг друга. В случае деструктивной интерференции проводимость подавляется, и кремний начинает вести себя как изолятор. Этот эффект может использоваться в качестве атомарного переключателя.
«Мы обнаружили, что крошечные симметричные кремниевые структуры могут подавлять поток электронов, подобно тому как работают наушники с шумоподавлением», — объясняет профессор химии Тим Су, руководитель исследования. «И самое захватывающее в том, что мы можем этим управлять».
Результаты, опубликованные в журнале Американского химического общества (JACS), дают представление о поведении электричества в кремнии на уровне отдельных атомов. Это особенно важно на фоне того, что традиционные методы миниатюризации чипов подходят к физическим пределам. Литография и легирование — основные методы создания кремниевых схем — больше не справляются с растущими квантовыми эффектами, такими как туннелирование электронов.
В отличие от подхода «сверху вниз», основанного на механической обработке кристаллов, команда Су применила метод «снизу вверх» — синтез молекул кремния с заданной геометрией. Это дало им беспрецедентный контроль над атомным расположением и, как следствие, над движением электронов.
Эксперименты показали, что изменение положения электродов относительно кремниевой молекулы может переключать её между проводящим и изолирующим состоянием. При подаче сигнала вдоль определённых направлений (синие дорожки) ток свободно проходил, тогда как при подключении вдоль других (красные дорожки) наблюдалось полное подавление проводимости.
Хотя идея квантовой интерференции не нова, это одно из первых её практических воплощений в объемной структуре кремния, аналогичной той, что используется в массовом производстве полупроводников.
Полученные результаты могут найти применение не только в молекулярных переключателях, но и в других квантово-чувствительных устройствах. Среди них — термоэлектрические элементы, способные преобразовывать тепло в электричество, и потенциальные компоненты квантовых компьютеров, созданные на базе знакомых и доступных материалов.
Это исследование подчеркивает важный сдвиг в подходе к электронике будущего: вместо борьбы с квантовыми эффектами — использование их как ресурса. Когда инженеры научатся управлять квантовой симметрией на уровне молекул, это откроет путь к новой электронике — не только более быстрой и миниатюрной, но и основанной на принципиально новых физических законах.Источник: https://www.electronicsonline.net.au/content/components/news/controlling-electricity-at-the-tiniest-scale-1357016072
Если вам понравился материал, кликните значок - вы поможете нам узнать, каким статьям и новостям следует отдавать предпочтение. Если вы хотите обсудить материал - не стесняйтесь оставлять свои комментарии : возможно, они будут полезны другим нашим читателям!
