Решение почти 100-летней проблемы может улучшить электронику

Команда исследователей, возглавляемая проф. Александром Баландиным из Калифорнийского университета (Риверсайд), решила почти 100-летнюю проблему, что в будущем может уменьшить размеры электронных устройств.

Работа относится к низкочастотному шуму, известному как розовый шум, или мерцания (фликер-шум). Это сигнал со спектральной плотностью мощности обратно пропорциональной частоте 1/f. Впервые он был обнаружен в электронных вакуумных лампах в 1925 г., и с тех пор его находили везде, от флуктуаций при записи музыки до электрического тока в материалах и устройствах.

Важность этого шума для электроники мотивировала многочисленные изучения его физического происхождения и методов его контроля. Например, фаза шума сигнала в радарах или в устройствах связи, таких как смартфоны, определяется в большей степени уровнем шума 1/f в используемых транзисторах.

Однако почти столетие происхождение этого шума оставалось загадкой. В частности, для электроники важным был вопрос, генерируется ли шум на поверхности проводников или внутри них.

Команда исследователей из Калифорнийского университета и Физико-технического института им. Иоффе РАН смогла пролить свет на происхождение шума 1/f, используя набор многослойных графеновых образцов, толщина которых непрерывно изменялась от 15 атомных слоев до одного.

«Ключ к открытию состоял в том, что в отличие от металлических или полупроводниковых пленок толщина многослойного графена может непрерывно и однородно изменяться вплоть до одного атомного слоя, - пояснил проф. Баландин. – Таким образом, мы могли сделать с графеном то, что другие не могли сделать с металлическими пленками на протяжении почти 100 лет. Мы обнаружили, что шум 1/f становится второстепенным по сравнению с объемным шумом, когда толщина превышает семь атомных слоев. Шум 1/f является поверхностным явлением ниже этой толщины. Полученные результаты являются важными для уменьшения размеров традиционных электронных устройств и для использования графена в датчиках и связи».

Проф. Александр Баландин