Спидвей для электронов

Представьте себе, если «информационная магистраль» имела бы выделенные полосы, в которых данные можно было бы хранить, обрабатывать и распространять во много раз быстрее, чем это возможно с помощью современной электроники.

Исследователи в США и Китае объединились, чтобы разработать такой спидвей для будущих устройств – экзотический тип электрического проводника, называемого топологическим изолятором (TI). В статье в журнале AIP Advances международная команда сообщает, что вырастила два типа TI-материалов внутри камеры со сверхвысоким вакуумом на гладких и шероховатых поверхностях, а затем оценила их способности транспортировать электроны.

TI используют не только заряд электронов, но и их спин и магнитные свойства. Внутри эта необычная структура является диэлектриком и блокирует ток, в то время как поверхность является высокоэффективным проводником. Настолько эффективным, что, по сути, электроны не отклоняются от своего пути.

«Это делает TI перспективными для приложений, таких как будущие высокоскоростные компьютеры, не рассеивающие энергию, в которых массивные объемы данных будут передаваться с помощью электронов в квантовых каналах, - сказал физик Цзянь Ван (Jian Wang) из Международного центра квантовых материалов Пекинского университета. - Отсутствие рассеяния электронов, которое происходит в современных компьютерах, будет предотвращать высокоскоростные устройства от перегрева, разрушения потока данных, а также замедления скорости работы».

В своем исследовании, ученые вырастили два типа TI-материалов, теллурид висмута (Bi₂Te₃) и теллурид сурьмы (Sb₂Te₃), по одному атомному слою за один раз на обеих, вицинальной (грубой) и невицинальной (гладкой) формах материала подложки из арсенида галлия (GaAs), обычно используемом в полупроводниковой промышленности.

«Более высокое качество и лучшая электропроводность TI-пленки были получены на гладкой поверхности подложки, и это было неожиданным, - сказал Тимоти Морган, соавтор и нанотехнолог из Арканзасского института наноматериалов. - Как правило, области шероховатости обеспечивают опорные точки для роста пленки. Эта новая находка говорит нам, что мы должны провести более глубокое исследование механизмов роста».

Теперь, когда исследователи показали, что они могут вырастить высококачественные TI-материалы на стандартных подложках, они сказали, что следующим шагом будет найти им применение. «Мы постараемся спроектировать и изготовить некоторые основные устройства с помощью TI-материалов, чтобы увидеть, насколько хорошо они выполняют такие задачи, как электронное переключение и фотодетектирование», - сказал Чжаоцюань Цзэн (Zhaoquan Zeng), ведущий автор и научный сотрудник кафедры электротехники и вычислительной техники из Университета штата Огайо.