Dvodimenzionalni material odklene pot do tranzistorjev z nizko močjo

Skylar Tibbits: Can we make things that make themselves? (Julij 2019).

Anonim

Mednarodna ekipa znanstvenikov je odkrila novo pot do tranzistorjev z izjemno nizko močjo, ki uporabljajo kompozitni material na osnovi grafena.

Ker so tranzistorji stisnjeni na vedno manjša območja računalniških čipov, se industrija polprevodnikov trudi, da bo vsebovala pregrevanje v napravah.

Zdaj raziskovalci z Univerze v Yorku in Univerze v Rimu verjamejo, da je rešitev v kompozitnih materialih, zgrajenih iz monolaminov grafena in prehodnega kovinskega dikalcogenida (TMDC). Odkrili so, da se ti materiali lahko uporabijo za dosego finega električnega nadzora nad elektronskim spin- svojo majhno kompasno iglo.

Nova raziskava, ki je bila objavljena danes v reviji Physical Review Letters, bi lahko vodila do zelo potrebne elektronike z nizko porabo energije.

Vodilni raziskovalec dr. Aires Ferreira z oddelka za fiziko Univerze v Yorku je dejal: "Že vrsto let iščemo dobre prevodnike, ki omogočajo učinkovito električno kontrolo elektronskega vrtenja.

"Ugotovili smo, da je to mogoče doseči z malo napora, ko je dvodimenzionalni grafen seznanjen z določenimi polprevodnimi sloji. Naši izračuni kažejo, da uporaba majhnih napetosti preko grafenskega sloja povzroči neto polarizacijo prevodnih vrtljajev.

"Verjamemo, da bodo naše napovedi privabljale veliko zanimanje iz skupnosti spintronikov. Fleksibilna, atomsko tanka narava strukture na osnovi grafena je pomembna prednost za aplikacije. Tudi prisotnost polprevodniške komponente odpira možnost integracije z optičnimi komunikacijskih omrežij. "

Elektronsko vrtenje je kot majhen, točkovni magnet, ki lahko kaže le v dveh smereh, navzgor ali navzdol. V materialih, kjer je poravnan glavni delež elektronov, se proizvede magnetni odziv, ki ga lahko uporabimo za kodiranje informacij.

"Spinski tokovi" - zgrajeni iz "navzgor" in "navzdol" vrtljajev, ki tečejo v nasprotnih smereh - ne nosijo mrežnega nabojnika in zato v teoriji ne proizvajajo ogrevanja. Nadzor informacij o centrifugiranju bi zato odprl pot do računalniških čipov, ki so energetsko učinkoviti. Ekipa raziskovalcev je pokazala, da ko se skozi graficen sloj prenese majhen tok, se sprožijo elektroni v ravnini zaradi spin-orbitalnih sil, ki jih povzroči bližina TMDC baze. Ugotovili so tudi, da je lahko učinkovitost pretvorbe med polnjenjem in vrtenjem precej visoka tudi pri sobni temperaturi.

Manuel Offidani, doktorat z oddelkom za fiziko v Yorku, je v tej študiji izvedel večino zapletenih izračunov. Dejal je: »Polarizacija elektromagnetne spine, ki jo inducira trenutno, je eleganten relativistični pojav, ki nastane na vmesniku med različnimi materiali.

"Grafene smo izbrali predvsem zaradi svojih odličnih strukturnih in elektronskih lastnosti. Da bi povečali relativistične učinke nosilcev polnjenja v grafinu, smo raziskali možnost, da jo primerjamo z nedavno odkritimi plastičnimi polprevodniki."

Profesor Roberto Raimondi, ki vodi skupino spintronikov na Univerzi v Rimu, je dejal: "Možnost orientacije elektronskega vrtenja z električnimi tokovi privlači veliko pozornosti v skupnosti spintronikov in se pojavlja na splošno kot posledica specifičnih simetričnih pogojev.

"Kot tak je ta pojav odličen primer, kjer temeljno in aplikativno raziskovanje gredo skupaj skupaj. V tem pogledu naši izračuni kažejo, da je grafen v kombinaciji s prehodnimi kovinskimi dikalcogenidi idealna platforma, kjer se abstraktna teoretična načela lahko najdejo takoj pri prikazovanju poti do eksperimentalni in tehnološki razvoj. "

Tokovno inducirana spinova polarizacija v nemagnetnih medijih je bila prvič prikazana leta 2001 v polprevodnikih in v zadnjem času v kovinskih hetero-vmesnikih. Zdaj raziskovalci napovedujejo, da se podoben učinek pojavlja pri grafinu na TMDC monolayerju.

Presenetljivo so ugotovili, da edinstveni značaj elektronskih stanj v grafinu omogočajo učinkovitost pretvorbe med obremenitvami do 94 odstotkov. To odpira možnost, da kompozitni material na osnovi grafena postane osnova za ultra kompaktne in bolj zelene spin-logične naprave.

Mirco Milletarì, nekdanji član skupine za spintroniko na Univerzi v Rimu, je dejal: "To delo sledi vpogledom v razumevanje temeljnih zakonov, ki nam omogočajo, da predvidimo sisteme, pri katerih je lahko učinkovitost pretvorbe od polnjenja do rotacije optimalna za tehnološke aplikacije Predvsem pa je potrebna elektronika z nizko porabo energije, ki bo izboljšala vzdržljivost in zmogljivosti prihodnjih naprav. "

menu
menu