Исследовательская группа из Киля продемонстрировала ранее неизвестный эффект в графене — однослойном материале из атомов углерода, открытие которого принесло Нобелевскую премию в 2010 году. В течение многих лет графен считался перспективным материалом для наноэлектроники благодаря своей исключительной проводимости, гибкости и стабильности.
Теперь исследователи из Института теоретической физики и астрофизики Кильского университета продвинули эту перспективу ещё дальше. В статье, опубликованной в журнале Physical Review Research, доктор Ян-Филип Йост и профессор Майкл Бониц впервые показали, что световые импульсы могут генерировать электроны в определённых местах материала.
Чтобы изучить движение и взаимодействие электронов, они смоделировали воздействие лазерных импульсов на небольшие кластеры графена. Их результаты открывают совершенно новые подходы в наноэлектронике.
В этих системах ультракороткие лазерные импульсы действуют как переключатели света на наноуровне. За считанные фемтосекунды — это одна миллионная миллиардной доли секунды — они включают и выключают электроны в точно заданных точках. Когда импульс попадает в кластер графена, электроны собираются на одном краю. Второй импульс может почти мгновенно генерировать электроны в другом месте. Исследователи могут управлять электронами с высокой точностью, как светофор, направляющий их, куда идти.
«Мы обнаружили эту пространственную селективность в химически полностью однородном материале — графен состоит исключительно из углерода», — объясняет Бониц. «До сих пор такой эффект был известен только в молекулах, состоящих из разных атомов с различными свойствами поглощения. В наших кластерах графена контроль возникает исключительно из электронной структуры и специальных топологических состояний. Даже при небольших возмущениях позиции электронов остаются стабильными, что делает контроль надёжным».
Перспективы для электроники нового поколения
Сегодняшние транзисторы работают в гигагерцевом диапазоне. Компоненты на основе графена, переключаемые лазерными импульсами, могут функционировать в петагерцевом диапазоне — до 10 000 раз быстрее.
В коммуникационных системах точно управляемые пути электронов могут обеспечить быструю передачу данных с минимальным энергопотреблением. Это открывает возможности для высокопроизводительных вычислений, чипов искусственного интеллекта и других сверхбыстрых электронных систем.
«Если эти процессы можно будет перенести в реальные устройства, это станет огромным шагом вперёд для наноэлектроники», — говорит Йост.
Предоставлено Кильским университетом.