Американские ученые из Калифорнийского университета в Риверсайде обнаружили новый способ управления электронами в кристаллическом кремнии — ключевом материале, широко используемом в современной электронике.
В частности, исследователи выяснили, что в наномасштабе электроны больше подобны волне, нежели твердым частицам. Ученые убедились, что тщательно регулируя симметричное положение атомов в молекулах кремния, можно вызвать или остановить процесс деструктивной интерференции. Это явление позволяет эффективно включать и выключать электропроводность, подобно наноразмерному переключателю.
«Мы обнаружили, что когда крошечные кремниевые структуры имеют высокую симметрию, они могут нейтрализовать поток электронов, подобно шумопоглощающим наушникам. Что интересно, мы можем это контролировать», — отмечает руководитель исследования, профессор химии Калифорнийского университета в Риверсайде, Тим Су.
Открытие было сделано в то время, когда дальнейшее уменьшение размеров кремниевых чипов становится все более серьезной проблемой. Существующие методы предлагают травление микросхем на кремниевых пластинах или легирование следовыми количествами других элементов для повышения электропроводности.
Несмотря на эффективность этих методов, сейчас они уже близки к своему пределу. Существует предел возможностей создания микросхем малого размера, а добавление атомов не может устранить сложности, связанные с квантовыми явлениями.
Исследователи использовали химический метод, собирая молекулы кремния атом за атомом, а не формируя из более крупных структур. Это позволило им более точно контролировать размещение атомов и движение электронов сквозь кремний.
Квантовые эффекты, включающие в себя прохождение электронов через изолирующие слои, создают проблемы для существующих конструкций электронных устройств. Результаты исследования демонстрируют, что вместо попыток устранения этих эффектов, инженеры могли бы использовать их.
«Наша работа показывает, как молекулярная симметрия в кремнии приводит к интерференционным эффектам, которые управляют движением электронов в нем. И мы можем включать и выключать эту интерференцию, управляя расположением электродов относительно нашей молекулы», — подчеркнул профессор Тим Су.
Это одна из первых демонстраций эффекта в трехмерном алмазоподобном кремнии — той самой структуре, которая используется в коммерческих микросхемах. Кроме этого результаты исследования могут способствовать разработке термоэлектрических устройств нового поколения, которые генерируют электричество из отводимого тепла
Результаты исследования опубликованы в журнале ACS
Источник: SciTechDaily
