Квантова механика - Тунелни електрони като съхранение на данни за бъдещето LABO ONLINE

Под ръководството на Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) изследователите откриха нов начин за разработване на изключително бързи и енергийно ефективни устройства за съхранение на данни. За целта те използваха така наречените квантово-механични тунелни контакти.

механика

Това позволява на електроните да преминават през тънка бариера. Различните електрически съпротивления, които възникват при различни напрежения, могат да бъдат записани като цифрови двойки "0" и "1".

Изследването е публикувано наскоро от списанието Nature Communications. Участваха и учени от изследователския център Jülich, университета в Регенсбург, руския институт „Йоффе“ в Санкт Петербург и корейския институт за наука и технологии (KIST).

Тунелните контакти са структурирани като електронни кондензатори. Те се състоят от две метални пластини (електроди) и диелектрик, т.е.непроводим междинен слой. Съществена разлика между конвенционалните кондензатори и тунелните контакти е, че диелектрикът в тунелния контакт е тънък само няколко атомни слоя (около един нанометър). По този начин дебелината на диелектрик приблизително съответства на дължината на вълната на електроните в съседните метални електроди.

Фирма за статията

Теми в статията

Ако сега към такъв компонент е приложено електрическо напрежение, електроните могат да преминат през този диелектрик. „Електроните могат да се държат като частици или вълни. Това им позволява да преминат бариерата като вълна, която се разлива “, обяснява д-р. Адриан Петрару от работната група по наноелектроника в Кил обясни принципа на действие.

Тунелният контакт обаче се превръща в памет само когато е избрана бариерата между електродите: „От чисто любопитство искахме да знаем какъв ефект има фероелектричният материал върху такъв компонент“, казва проф. Херман Колщед, ръководител на работната група в Кил. Такива вещества имат положителни и отрицателни заряди на своите интерфейси, които могат да бъдат обърнати от електрическо напрежение. Ако токът вече не тече, новото състояние на зареждане се запазва. Различните поляризации при различни напрежения определят колко ток тече през кръстовището на тунела.

Изследователите отбелязват, че златото и медта като електроди постигат особено високи съотношения на съпротивление. Двата резистора образуват цифровата двойка "0" и "1" и по този начин елементарен бит памет. „Тъй като поляризацията на бариерата между електродите се съхранява дори когато не е приложено напрежение, това е енергонезависима памет, като твърд диск или CD“, казва Колщед.

Оригинална публикация:
Гигантски електроден ефект върху тунелното електроустойчивост в фероелектрическите тунелни кръстовища. Rohit Soni, Adrian Petraru, Paul Meuffels, Ondrej Vavra, Martin Ziegler, Seong Keun Kim, Doo Seok Jeong, Nikolay A. Pertsev, Hermann Kohlstedt. Nature Communications 48/2014. DOI: 10.1038/ncomms641