Композиционный материал на основе графена может приводить к использованию сверхнизкомощных транзисторов

Международная команда исследователей использовала композитный материал на основе графена и нашла новый путь к сверхнизкомощным транзисторам.

Новое исследование может привести к потреблению электроники с низким потреблением энергии. Авторы: Йоркский университет

Поскольку транзисторы сжаты в более мелкие области внутри компьютерных чипов, полупроводниковая промышленность изо всех сил пытается контролировать перегрев в устройствах.

В настоящее время исследователи Университета Йорка и рома Tre полагают, что решение этой проблемы заключается в композитных материалах, полученных из монослоев дихалькогенида переходного металла (TMDC) и графена. Они обнаружили, что эти материалы могут быть использованы для достижения хорошего электрического контроля над спином электрона, его крошечной стрелкой компаса.

Новое исследование, опубликованное в журнале Physical Review Letters от 7 ноября 19459018 гг. 2017, может привести к потреблению электроники с низким потреблением энергии.

Приложения

В течение многих лет мы искали хорошие проводники, позволяющие эффективно контролировать электрический ток электрона. Мы обнаружили, что это может быть достигнуто с небольшими усилиями, когда двумерный графен соединен с некоторыми полупроводниковыми слоистыми материалами. Наши расчеты показывают, что применение малых напряжений через графеновый слой индуцирует чистую поляризацию спинов проводимости.

Д-р Эйрес Феррейра, Ведущий научный сотрудник отдела Physics, T he University of York

Феррейра добавил, «Мы считаем, что наши прогнозы привлекут значительный интерес со стороны сообщества спинтроники. Гибкий, атомно-тонкий характер структуры на основе графена является основным преимуществом для приложений. Кроме того, наличие полупроводникового компонента открывает возможность интеграции с оптическими сетями связи ».

Спин

Вращение электрона, как крошечный, точечный магнит, может указывать только в двух направлениях – вверх или вниз. В материалах, где расположена ключевая доля спинов электронов, генерируется магнитный ответ, который может быть использован для кодирования информации.

«Спиновые токи» – развитые из спинов «вверх» и «вниз», протекающих в противоположных направлениях – не содержат сетевого заряда и, следовательно, в теории не генерируют никакого нагрева. Таким образом, управление информацией о спине приведет к использованию ультра-энергоэффективных компьютерных чипов

Команда исследователей обнаружила, что когда небольшой ток проходит через графен-слой, спин электронов поляризуется в плоскости из-за «спин-орбитальных» сил, вызванных близостью к базе TMDC. Исследователи также показали, что эффективность преобразования заряда в спин может быть довольно высокой даже при комнатной температуре

Свойства

Мануэль Офидани, аспирант кафедры Йорка, выполнил большую часть сложных вычислений в этом исследовании. Он сказал, «Ток-индуцированная поляризация спина электрона является изящным релятивистским явлением, возникающим на границе раздела между различными материалами.

Мы выбрали графен главным образом из-за его превосходных структурных и электронных свойств. Чтобы усилить релятивистские эффекты, связанные с носителями заряда в графене, мы исследовали возможность их сопоставления с недавно обнаруженными слоистыми полупроводниками.

Мануэль Офидани, аспирант, Физический факультет T он Университет Йорка

Профессор Роберто Раймонди, возглавляющий группу спинтроники в Университете Рома Тре, заявил: «Возможность ориентации спина электрона с электрическими токами привлекает большое внимание в сообществе спинтроники и возникает, как правило, как следствие специфические условия симметрии.

Таким образом, это явление представляет собой прекрасный пример, когда фундаментальные и прикладные исследования идут вместе. В этом отношении наши расчеты показывают, что графен в сочетании с дихалкогенидами переходных металлов является идеальной платформой, на которой абстрактные теоретические принципы могут найти непосредственное применение в показе пути к экспериментальному и технологическому развитию.

Профессор Роберто Раймонди, группа Spintronics, университет рома Tre

Эффективность

Потенциал, индуцированный по току спин-поляризацией в немагнитных средах, был впервые продемонстрирован в 2001 г. в полупроводниках и совсем недавно в металлических гетерограницах. В настоящее время исследователи прогнозируют, что аналогичный эффект имеет место в графене на монослое TMDC.

Удивительно, но исследователи обнаружили, что уникальный характер электронных состояний в графене позволяет повысить эффективность конверсии заряда до -1,9%. Это открывает вероятность того, что композит на основе графена станет источником ультракомпактных и более зеленых спин-логических устройств.

Д-р Mirco Milletarì, бывший член группы спинтроники в университете Roma Tre, заявил: «Эта работа следует за знаниями, полученными из понимания фундаментальных законов, которые позволили нам предусмотреть системы, в которых эффективность преобразования заряда в спин может быть оптимальным для технологических применений. В частности, очень нужна электроника с низким энергопотреблением, которая улучшит долговечность и производительность будущих устройств ».

Королевское общество и исследовательский совет по инженерным и физическим наукам (EPSRC) финансировали исследования.

Source link