Oamenii de știință au dezvoltat un nou tip de semiconductor cu peliculă de cristal subțire, care permite electronilor să se miște de șapte ori mai repede decât în semiconductorii tradiționali – și ar putea avea implicații uriașe pentru dispozitivele electronice.
Într-un studiu publicat la 1 iulie în jurnal Materiale Astăzi Fizicafizicienii au creat o peliculă extrem de subțire dintr-un material cristalin numit tetradimit ternar.
Filmul – care măsoară doar 100 de nanometri lățime, sau aproximativ o miime din grosimea unui păr uman – a fost creat printr-un proces numit epitaxia fasciculului molecular, care implică controlul precis al fasciculelor de molecule pentru a construi un material atom cu atom. Acest proces permite ca materialele să fie construite cu defecte sau defecte minime, permițând o mobilitate mai mare a electronilor, o măsură a cât de ușor se mișcă electronii printr-un material sub un câmp electric.
Când oamenii de știință au aplicat un curent electric pe film, au înregistrat electroni care se mișcă cu viteze record de 10.000 de centimetri pătrați pe volt-secundă (cm^2/Vs). Prin comparație, electronii se mișcă de obicei la aproximativ 1.400 cm^2/Vs în semiconductori standard de siliciuși considerabil mai lent în cablarea tradițională din cupru.
Această mobilitate ridicată a electronilor se traduce printr-o conductivitate mai bună. Aceasta, la rândul său, deschide calea pentru dispozitive electronice mai eficiente și mai puternice, care emit mai puțină căldură și risipesc mai puțină energie.
Cercetătorii au comparat proprietățile filmului cu „o autostradă fără trafic”, spunând că astfel de materiale „vor fi esențiale pentru dispozitive electronice mai eficiente și durabile, care pot lucra mai mult cu mai puțină energie”. Aplicațiile potențiale includ dispozitive termoelectrice portabile care convertesc căldura reziduală în electricitate și dispozitive „spintronice”, care utilizează spinul electronilor în loc de încărcare pentru a procesa informații, au spus oamenii de știință.
„Înainte, ceea ce obținuseră oamenii în ceea ce privește mobilitatea electronilor în aceste sisteme era ca traficul pe un drum în construcție – ești susținut, nu poți conduce, este praf și este o mizerie.” Jagadeesh Mooderaun fizician la MIT, a spus în o declarație. „În acest material nou optimizat, este ca și cum să conduci pe Mass Pike fără trafic.”
Oamenii de știință au măsurat mobilitatea electronilor în material prin plasarea filmului cristalin într-un mediu extrem de rece, sub un camp magnetic. Apoi au trecut curent electric prin el și au măsurat oscilații cuanticecare apar atunci când rezistența electrică fluctuează ca răspuns la un câmp magnetic.
Chiar și micile defecte ale materialului pot afecta mobilitatea electronică prin obstrucționarea mișcării electronilor. Ca atare, oamenii de știință speră că rafinarea procesului de creare a filmului va produce rezultate și mai bune.
„Acest lucru arată că este posibil să facem un pas uriaș mai departe, atunci când controlați corect aceste sisteme complexe”, a spus Moodera. „Acest lucru ne spune că suntem în direcția corectă și avem sistemul potrivit pentru a continua mai departe, pentru a continua să perfecționăm acest material până la pelicule și mai subțiri și cuplaje de proximitate pentru utilizare în spintronica viitoare și dispozitive termoelectrice portabile.”