Квантова механіка - тунелювання електронів як зберігання даних майбутнього LABO ONLINE

Під керівництвом Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) дослідники відкрили новий спосіб розробки надзвичайно швидких та енергоефективних пристроїв зберігання даних. Для цього вони використовували так звані квантово-механічні тунельні контакти.

механіка

Тут електрони можуть проходити тунель через тонкий бар’єр. Різні електричні опори, що виникають при різних напругах, можна зберегти у вигляді цифрових пар "0" і "1".

Нещодавно дослідження опублікувало журнал Nature Communications. Також були залучені вчені з дослідницького центру Юліха, Університету Регенсбурга, російського Інституту Іоффе в Санкт-Петербурзі та Корейського інституту науки і техніки (KIST).

Тунельні контакти структуровані як електронні конденсатори. Вони складаються з двох металевих пластин (електродів) та діелектрика, тобто непровідного проміжного шару. Суттєва різниця між звичайними конденсаторами та тунельними контактами полягає в тому, що діелектрик у тунельному контакті має товщину лише в кілька атомних шарів (близько одного нанометра). Товщина діелектрика, таким чином, приблизно відповідає довжині хвилі електронів у сусідніх металевих електродах.

Компанія для статті

Теми в статті

Якщо до такого компонента зараз подати електричну напругу, електрони можуть проходити через цей діелектрик. «Електрони можуть поводитися як частинки або хвилі. Це дозволяє їм переходити бар’єр, як хвиля, яка переливається », - пояснює д-р. Адріан Петрару з робочої групи з наноелектроніки в м. Кіл пояснив принцип дії.

Однак контакт з тунелем перетворюється на пам'ять лише тоді, коли вибраний бар'єр між електродами: "З чистої цікавості ми хотіли знати, який вплив має сегнетоелектричний матеріал на такий компонент", - говорить проф. Герман Кольштедт, керівник робочої групи "Кіль". Такі речовини мають позитивні та негативні заряди на межі розділу, які можуть бути змінені електричною напругою. Якщо струм більше не тече, новий стан заряду зберігається. Різні поляризації при різних напругах визначають, скільки струму протікає через тунельний перехід.

Дослідники помітили, що золото та мідь як електроди досягають особливо високих коефіцієнтів опору. Два резистори утворюють цифрову пару "0" і "1" і, отже, елементарний біт пам'яті. "Оскільки поляризація бар'єру між електродами зберігається, навіть якщо напруга не подається, це енергонезалежна пам'ять, наприклад, жорсткий диск або компакт-диск", - говорить Кольштедт.

Оригінальна публікація:
Гігантський електродний ефект на тунельний електроопір у сегнетоелектричних тунельних переходах. Рохіт Соні, Адріан Петрару, Пол Мейфельс, Ондрей Вавра, Мартін Зіглер, Сонг Кеун Кім, Ду Сок Чон, Микола А. Перцев, Герман Кольштедт. Nature Communications 48/2014. DOI: 10.1038/ncomms641