Синий фосфор, атомарно тонкий синтетический полупроводник, становится металлическим, как только он превращается в двойной слой. Ученые описывают возможность создания наноразмерных высокоэффективных транзисторов, состоящих всего из одного элемента.

Химический элемент фосфор считается одним из важнейших элементов для жизни. Соединения фосфора глубоко вовлечены в структуру и функции организмов.

Фосфор существует в нескольких модификациях, которые имеют очень разные свойства. В нормальных условиях различают белый, фиолетовый, красный и черный фосфор. В 2014 году команда из Университета штата Мичиган, США, с помощью расчетов предсказала «синий фосфор», который удалось получить экспериментально два года спустя.

Синий фосфор - это так называемый двумерный (2D) материал. Благодаря своей однослойной сотовой структуре он напоминает, вероятно, самый известный 2D-материал - графен. По аналогии со своим знаменитым предшественником, он тогда еще назывался синим фосфорином. Этот новый полупроводниковый материал был с тех пор исследован как чрезвычайно многообещающий кандидат для оптоэлектронных устройств.

Дрезденский химик профессор Томас Хайне (Thomas Heine) в сотрудничестве с мексиканскими учеными сделал уникальное открытие: применив топологическую концепцию, они с помощью высокоточных расчетов на высокопроизводительных компьютерах идентифицировали удивительно стабильную двухслойную гнущуюся сотовую структуру из синего фосфора. Этот двухслойный состав чрезвычайно стабилен. Как неожиданно обнаружили ученые, он имеет металлические свойства из-за очень небольшого расстояния между двумя слоями.

Как и все компоненты, эти устройства должны получать питание, которое обычно поступает в материал через металлические электроды. На границе раздела металл-полупроводник неизбежны потери энергии - эффект, известный как барьер Шоттки. Синий фосфор является полупроводником в виде одинарного слоя, но предсказывается, что он будет металлическим в виде двойного слоя. Металлические 2D-материалы очень редки, и впервые был обнаружен чистый элементный материал, демонстрирующий переход полупроводник-металл из монослоя в двойной слой. Таким образом, электронный или оптоэлектронный компонент для использования в транзисторах или фотоэлементах может быть реализован только из одного химического элемента. Поскольку в этих устройствах нет границы раздела между полупроводником и металлом, барьер Шоттки значительно снижен, и можно ожидать более высокого КПД.

«Представьте, что вы кладете два слоя бумаги друг на друга, и внезапно двойной лист блестит металлически, как золотая фольга. Это именно то, что мы предсказываем для синего фосфора. Эта работа подчеркивает важность междисциплинарности в фундаментальных исследованиях. Использование тополого-математической модели и теоретической химии, мы смогли разработать новый материал с помощью компьютерного моделирования и предсказать его физические свойства. Ожидаются приложения в области нано- и оптоэлектроники», - объясняет профессор Хайне.

Международная команда смоделировала двухслойную гнущуюся сотовую структуру из голубого фосфора с помощью высокоточных расчетов на высокопроизводительных компьютерах. Состав очень стабилен и из-за очень небольшого расстояния между двумя слоями имеет металлические свойства

Правильное внутреннее освещение может помочь создать настроение, от мягкого романтического свечения до ярких, стимулирующих цветов. Но некоторые материалы, используемые для освещения, например пластик, не являются экологически чистыми. Теперь исследователи из ACS Nano разработали люминесцентную водостойкую древесную пленку на биологической основе, которую когда-нибудь можно будет использовать в качестве покрытий для ламп, дисплеев и лазерных устройств.

Потребительский спрос на экологически чистые возобновляемые материалы побудил исследователей изучить тонкие пленки на основе древесины для применения в оптике. Однако многие материалы, разработанные к настоящему времени, имеют недостатки, такие как плохие механические свойства, неравномерное освещение, отсутствие водостойкости или необходимость в полимерной матрице на нефтяной основе. Цилян Фу (Qiliang Fu), Инго Бургерт (Ingo Burgert) и их коллеги хотели разработать люминесцентную деревянную пленку, которая могла бы преодолеть эти ограничения.

Исследователи обработали древесину бальзы раствором для удаления лигнина и примерно половины гемицеллюлозы, оставив после этого пористую основу. Затем команда пропитала делигнифицированную древесину раствором, содержащим квантовые точки - полупроводниковые наночастицы, которые светятся определенным цветом под воздействием ультрафиолетового (УФ) света. После сжатия и высыхания исследователи нанесли гидрофобное покрытие. В результате получилась плотная водостойкая древесная пленка с превосходными механическими свойствами. Под ультрафиолетовым светом квантовые точки в древесине излучали и рассеивали оранжевый свет, который равномерно распределялся по поверхности пленки. Команда продемонстрировала способность люминесцентной панели освещать интерьер игрушечного домика. Исследователи говорят, что в древесную пленку можно включить различные типы квантовых точек для создания осветительных приборов разного цвета.

Под воздействием ультрафиолетового света снаружи люминесцентная деревянная панель (справа) освещает внутреннее пространство (если смотреть через «окна»; красные стрелки), тогда как нелюминесцентная панель (слева) - нет

Новый сенсорный материал в пять раз лучше обычных мягких материалов и может быть использован в носимых медицинских устройствах или в робототехнике для распознавания текстуры поверхности.

Для мониторинга состояния здоровья в режиме реального времени и сенсорных возможностей роботов требуется мягкая электроника, но проблема использования таких материалов заключается в их малой надежности. В отличие от жестких устройств, эластичность и податливость делают их работу менее воспроизводимой. Изменение надежности известно как гистерезис.

Руководствуясь теорией механики контакта, группа исследователей из Национального университета Сингапура (NUS) разработала новый сенсорный материал, который имеет значительно меньший гистерезис. Эта способность обеспечивает более точные носимые медицинские технологии и роботизированное зондирование.

Исследовательская группа, возглавляемая доц. Бенджамином Ти (Benjamin Tee) из Института инноваций и технологий в области здравоохранения при NUS, опубликовала свои результаты в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Когда мягкие материалы используются в качестве датчиков сжатия, то обычно сталкиваются с серьезными проблемами гистерезиса. Свойства материала мягкого сенсора могут меняться между повторными касаниями, что влияет на надежность данных. Это затрудняет получение точных показаний каждый раз, ограничивая возможные области применения датчиков.

Прорыв команды NUS - изобретение материала, обладающего высокой чувствительностью, но практически без гистерезиса. Они разработали процесс растрескивания тонких металлических пленок в желаемые кольцевые узоры на гибком материале под названием полидиметилсилоксан (ПДМС).

Команда объединила эту пленку металл/PDMS с электродами и подложками для пьезорезистивного датчика и получила ее характеристики. Ученые провели многократные механические испытания и подтвердили, что их инновационная конструкция улучшает характеристики датчика. Их изобретение, названное Tactile Resistive Annularly Cracked E-Skin или TRACE, в пять раз лучше, чем обычные мягкие материалы.

«Благодаря нашему уникальному дизайну мы смогли значительно повысить точность и надежность. Датчик TRACE потенциально может использоваться в робототехнике для определения текстуры поверхности или в носимых медицинских устройствах, например, для измерения кровотока в поверхностных артериях для мониторинга состояния здоровья», - сказал доц. Ти, который также является сотрудником Департамента материаловедения и инженерии NUS.

Следующим шагом команды NUS является дальнейшее улучшение совместимости их материалов с различными носимыми приложениями и разработка приложений искусственного интеллекта на основе датчиков.

«Наша долгосрочная цель - предсказать состояние сердечно-сосудистой системы с помощью крошечного умного пластыря, который помещается на кожу человека. Датчик TRACE является шагом вперед к этой реальности, поскольку данные о частоте пульса, которые он может собирать, более точны и также могут быть оснащены алгоритмами машинного обучения для более точного прогнозирования текстуры поверхности», - пояснил доц. Ти.

Другие приложения, которые команда NUS стремится разработать, включают использование в протезировании, где наличие надежного интерфейса кожи позволяет более разумную реакцию.

Гибкие сенсорные накладки TRACE для измерения кровотока в поверхностных артериях можно накладывать на кожу

Это крупный прорыв в области электроники. Инженеры из Лаборатории наноразмерной электроники и структур EPFL (LANES) разработали схему нового поколения, которая позволяет создавать более компактные, быстрые и более энергоэффективные устройства, что принесет большие преимущества для систем искусственного интеллекта. Их революционная технология - первая, в которой 2D-материал используется для так называемой архитектуры logic-in-memory или единой архитектуры, сочетающей логические операции с функцией памяти. Результаты исследовательской группы опубликованы в журнале Nature.

До сих пор энергоэффективность компьютерных микросхем ограничивалась используемой в настоящее время архитектурой фон Неймана, в которой обработка и хранение данных выполняются в двух отдельных блоках. Это означает, что данные должны постоянно передаваться между двумя устройствами, что требует значительного количества времени и энергии.

Объединив два блока в единую конструкцию, инженеры могут уменьшить эти потери. Это идея нового чипа, разработанного в EPFL, хотя он на шаг выходит за рамки существующих устройств логики в памяти. Чип EPFL изготовлен из MoS2, который представляет собой 2D-материал, состоящий из одного слоя толщиной всего в три атома. К тому же это отличный полупроводник. Инженеры LANES уже изучили специфические свойства MoS2 несколько лет назад и обнаружили, что он особенно хорошо подходит для электронных приложений. Теперь команда продолжила это первоначальное исследование, чтобы создать технологию следующего поколения.

Микросхема EPFL основана на полевых транзисторах с плавающим затвором (FGFET). Преимущество этих транзисторов в том, что они могут удерживать электрические заряды в течение длительного времени. Они обычно используются в системах флэш-памяти для фотоаппаратов, смартфонов и компьютеров. Уникальные электрические свойства MoS2 делают его особенно чувствительным к зарядам, хранящимся в полевых транзисторах FGFET, что позволило инженерам LANES создать схемы, которые работают как в качестве запоминающих устройств, так и в качестве программируемых транзисторов. Используя MoS2, они смогли объединить многочисленные функции обработки в единую схему, а затем изменить их по своему желанию.

«Эта способность схем выполнять две функции аналогична тому, как работает человеческий мозг, где нейроны участвуют как в хранении воспоминаний, так и в проведении мысленных вычислений, - говорит Андраш Кис (Andras Kis), глава LANES. - Наша схема имеет несколько преимуществ. Она может снизить потери энергии, связанные с передачей данных между модулями памяти и процессорами, сократить время, необходимое для вычислительных операций, и уменьшить необходимое пространство. Это открывает двери для устройств меньшего размера, более мощных и более энергоэффективных».

Инженеры EPFL разработали компьютерную микросхему, которая объединяет две функции - логические операции и хранение данных - в единую архитектуру, открывая путь к более эффективным устройствам. Их технология особенно перспективна для приложений, основанных на искусственном интеллекте

Компании продолжают лидировать в развитии 5G, используя технологию агрегации несущих в миллиметровом диапазоне 28 ГГц.

Verizon, Ericsson и Qualcomm Technologies утверждают, что первыми в мире продемонстрировали пиковую скорость 5,06 Гбит/с с использованием спектра миллиметровых волн 5G с агрегацией несущих, которая объединяет несколько каналов спектра для обеспечения большей эффективности сеансов данных, передаваемых по беспроводной сети. Компании объединили восемь отдельных каналов спектра для достижения мультигигабитных скоростей.

«Мы с самого начала двигали эволюцию технологии 5G и продолжаем активно внедрять инновации, все больше и больше раздвигая границы этой технологии для наших клиентов, - сказал Брайан Мекам (Brian Mecum), вице-президент Verizon по технологиям устройств. - Это последнее достижение - еще одна веха в предоставлении действительно дифференцированного сервиса для наших клиентов в диапазоне mmWave».

После полной зрелости технология 5G может достичь скорости до 10 Гбит/с, задержки - до 5 миллисекунд и времени развертывания услуг до 90 минут. Это позволит осуществлять мобильные соединения на скорости до 500 км/ч с возможностью управления более чем миллионом устройств на кв.км и объемами данных до 10 Тбит/с/кв. км.

В демонстрации, проведенной в лабораторных условиях, использовалось инфраструктурное оборудование 5G из портфеля радиосистем Ericsson и устройство для тестирования форм-фактора смартфона, работающее на модемной радиочастотной системе Qualcomm® Snapdragon ™ X60 5G с антенными модулями Qualcomm® QTM535 мм-диапазона третьего поколения.

Скорость 5,06 Гбит/с обеспечивалась с использованием полосы пропускания 800 МГц в диапазоне миллиметровых волн 28 ГГц в сочетании с 40 МГц для привязки 4G LTE. Эта комбинация диапазонов коммерчески поддерживается в портфеле радиосистем Ericsson и нескольких доступных сегодня устройств 5G, работающих на базе модемной радиочастотной системы Snapdragon X55 5G.

«Это самая высокая скорость, когда-либо достигнутая для одного устройства, - сказал Ханнес Экстрём (Hannes Ekström), руководитель линейки продуктов 5G и бизнес-сетей Ericsson. - Это показывает плоды нашего сотрудничества и наших инвестиций в технологическое лидерство, позволяющее использовать диапазон миллиметровых волн. Технология агрегирования огромных объемов спектра в этих диапазонах открывает новый мир возможностей».

«Благодаря многолетним исследованиям и разработкам, направленным на определение беспроводного подключения следующего поколения, сотрудничество Qualcomm Technologies с лидерами отрасли Ericsson и Verizon в продвижении 5G mmWave стало важной вехой в превращении 5G в коммерческую реальность, - сказал Джо Глинн (Joe Glynn), вице-президент по развитию бизнеса Qualcomm Technologies. - 5G mmWave откроет множество новых вариантов использования для потребителей и предприятий, а также позволит многим современным мобильным устройствам воспользоваться преимуществами расширенной пропускной способности сети, мультигигабитной скорости и низкой задержки».

Исследователи из Национальной лаборатории Лос-Аламоса и их сотрудники из Калифорнийского университета в Ирвине создали фундаментальные электронные строительные блоки из крошечных структур, известных как квантовые точки, и использовали их для сборки функциональных логических схем.

Нововведение обещает более дешевый и удобный для производства подход к сложным электронным устройствам, которые могут быть изготовлены в химической лаборатории с помощью простых методов, основанных на растворах, и предлагает давно востребованные компоненты для множества инновационных устройств.

«Потенциальные применения нового подхода к электронным устройствам, основанным на нетоксичных квантовых точках, включают печатные схемы, гибкие дисплеи, встроенную диагностику, носимые устройства, медицинские тесты, интеллектуальные имплантаты и биометрию», - сказал Виктор Климов, физик, специализирующийся на полупроводниковых нанокристаллах в Лос-Аламосе и ведущий автор статьи, анонсирующей новые результаты в выпуске журнала Nature Communications.

На протяжении десятилетий микроэлектроника полагалась на кремний сверхвысокой чистоты, обрабатываемый в специально созданных условиях чистой комнаты. В последнее время кремниевой микроэлектронике бросили вызов несколько альтернативных технологий, которые позволяют изготавливать сложные электронные схемы за пределами чистой комнаты с помощью недорогих, легко доступных химических методов. Коллоидные полупроводниковые наночастицы, полученные химическими методами в гораздо менее жестких условиях окружающей среды, являются одной из таких новых технологий. Из-за их небольшого размера и уникальных свойств, напрямую управляемых квантовой механикой, эти частицы называют квантовыми точками.

Коллоидная квантовая точка состоит из ядра полупроводника, покрытого органическими молекулами. В результате такой гибридной природы они сочетают в себе преимущества хорошо изученных традиционных полупроводников с химической универсальностью молекулярных систем. Эти свойства привлекательны для реализации новых типов гибких электронных схем, которые можно печатать практически на любой поверхности, включая пластик, бумагу и даже кожу человека. Эта возможность может принести пользу во многих областях, включая бытовую электронику, безопасность, цифровые вывески и медицинскую диагностику.

Ключевым элементом электронной схемы является транзистор. Обычно транзисторы представляют собой пары устройств n- и p-типа, которые управляют потоками отрицательных и положительных электрических зарядов соответственно. Такие пары комплементарных транзисторов являются краеугольным камнем современной технологии КМОП (комплементарный металл-оксид-полупроводник), которая позволяет создавать микропроцессоры, микросхемы памяти, датчики изображения и другие электронные устройства.

Первые транзисторы с квантовыми точками были продемонстрированы почти два десятилетия назад. Однако интеграция комплементарных устройств n- и p-типа внутри одного слоя квантовых точек оставалась давней проблемой. Кроме того, большая часть усилий в этой области была сосредоточена на нанокристаллах на основе свинца и кадмия. Эти элементы являются высокотоксичными тяжелыми металлами, что существенно ограничивает практическую применимость продемонстрированных устройств.

Группа исследователей из Лос-Аламоса и их сотрудники из Калифорнийского университета в Ирвине продемонстрировали, что с помощью квантовых точек селенида меди и индия (CuInSe2), лишенных тяжелых металлов, они смогли решить как проблему токсичности, так и одновременно добиться простой интеграции n- и p-транзисторов в одном слое квантовых точек. В качестве доказательства практической полезности разработанного подхода были созданы функциональные схемы, выполняющие логические операции.

Инновация, которую Климов и его коллеги представляют в своей новой статье, позволяет им определять транзисторы p- и n-типа, применяя два разных типа металлических контактов (золото и индий, соответственно). Они завершили устройства, нанеся общий слой квантовых точек поверх контактов с предварительно нанесенным рисунком. «Этот подход позволяет напрямую интегрировать произвольное количество дополнительных транзисторов p- и n-типа в один и тот же слой квантовых точек, полученный в виде непрерывной пленки без рисунка с помощью стандартного центрифугирования», - сказал Климов.

Путем осаждения контактов из золота (Au) и индия (In) исследователи создают два важнейших типа транзисторов с квантовыми точками на одной и той же подложке, открывая двери для множества инновационных электронных устройств

Используя один лазерный импульс, который не переключал ферримагнитный слой, исследователи продемонстрировали гораздо более быстрое и менее энергоемкое переключение ферромагнетика.

Цифровые данные, генерируемые во всем мире каждый год, теперь измеряются в зеттабайтах или триллионах миллиардов байтов, что эквивалентно доставке данных для сотен миллионов книг каждую секунду. Объем генерируемых данных продолжает расти. Если существующие технологии останутся неизменными, то к 2040 году все текущее глобальное потребление электроэнергии будет направлено на хранение данных.

Исследователи из Университета Лотарингии во Франции и Университета Тохоку сообщили об инновационной технологии, которая приводит к резкому сокращению потребления энергии для хранения данных.

В известной технологии используется сверхбыстрый лазерный импульс, длительность которого составляет всего 30 фемтосекунд. Лазерный импульс подается на гетероструктуру, состоящую из ферримагнитных слоев GdFeCo, немагнитных Cu и ферромагнитных слоев Co/Pt.

«Предыдущее исследование, проведенное частью нынешней исследовательской группы, наблюдало магнитное переключение ферромагнитного слоя после того, как ферримагнитный слой был переключен». На этот раз исследователи раскрыли механизм, объясняющий это своеобразное явление, и обнаружили, что поток электронного спина, называемый спиновым током, сопровождающий переключение ферримагнетика GeFeCo, играет решающую роль в инициировании переключения ферромагнетика Co/Pt. Основываясь на этом понимании, они продемонстрировали гораздо более быстрое и менее энергоемкое переключение ферромагнетика. Для этого использовался одиночный лазерный импульс без переключения ферримагнитного слоя. «Это очень хорошая новость для будущих приложений хранения данных, поскольку эта технология может обеспечить эффективную схему записи цифровой информации на магнитный носитель, которая в настоящее время основана на переключении, индуцированном магнитным полем», - говорит Сюнске Фуками (Shunsuke Fukami), соавтор исследования.

Полевые транзисторы (FET) являются основными строительными блоками современной электроники, такой как интегральные схемы, компьютерные процессоры и объединительные платы дисплеев. Органические полевые транзисторы (OFET), в которых в качестве канала для прохождения тока используются органические полупроводники, обладают преимуществом гибкости по сравнению с их неорганическими аналогами, такими как кремний.

OFET, учитывая их высокую чувствительность, механическую гибкость, биосовместимость, возможность настройки свойств и низкую стоимость изготовления, считаются имеющими большой потенциал в новых приложениях в носимой электронике, конформных датчиках мониторинга состояния, гибких дисплеях и т. д. Вообразите экран ТВ или умные носимые электронные устройства и одежда, которую носят близко к телу, чтобы собирать жизненно важные сигналы для мгновенной биологической обратной связи; или мини-роботы из безвредных органических материалов, работающих внутри тела для диагностики заболеваний, доставки целевых лекарств, мини-операций и других лекарств и лечения.

До сих пор основным ограничением для повышения производительности и массового производства OFET является сложность их миниатюризации. Продукты, которые в настоящее время используют на рынке OFET, все еще находятся в примитивных формах с точки зрения гибкости и долговечности продукта.

Команда инженеров во главе с д-ром Пэдди Чан Квок Люнгом (Paddy Chan Kwok Leung) на факультете машиностроения Гонконгского университета (HKU) сделала важный прорыв в разработке однослойных органических полевых транзисторов с шахматной структурой, что является краеугольным камнем для уменьшения габаритов OFET.

Основная проблема, с которой сейчас сталкиваются ученые при уменьшении размера OFET, заключается в том, что характеристики транзистора значительно ухудшаются при уменьшении размера, отчасти из-за проблемы контактного сопротивления, то есть сопротивления на интерфейсах, которое препятствует протеканию тока. Когда устройство становится меньше, его контактное сопротивление становится доминирующим фактором, значительно снижающим производительность устройства.

Однослойные OFET с шахматной структурой, созданные командой д-ра Чана, демонстрируют рекордно низкое нормализованное контактное сопротивление 40 Ом х см. По сравнению с обычными устройствами с контактным сопротивлением 1000 Ом х см, новое устройство может сэкономить 96% рассеиваемой мощности на контакте при работе устройства на том же уровне тока. Что еще более важно, помимо энергосбережения, можно значительно уменьшить чрезмерное тепловыделение в системе - распространенную проблему, которая приводит к выходу из строя полупроводников.

«На основе наших достижений мы можем еще больше уменьшить размеры OFET и довести их до субмикрометрового уровня, уровня, совместимого с их неорганическими аналогами, но при этом мы можем заставить их эффективно функционировать, демонстрируя их уникальные органические свойства. Это критически важно для соответствия требованиям коммерциализации связанных исследований», - сказал д-р Чан.

«Если гибкий OFET работает, многие традиционные электронные устройства на жесткой основе, такие как панели дисплея, компьютеры и сотовые телефоны, трансформируются в гибкие и складные. Эти устройства будущего будут намного легче по весу и с низкими производственными затратами. Более того, учитывая их органическую природу, они с большей вероятностью будут биосовместимы для передовых медицинских приложений, таких как датчики для отслеживания активности мозга или определения нервных импульсов, а также для точной диагностики заболеваний мозга, таких как эпилепсия». - добавил д-р Чан.

Д-р Чан демонстрирует гибкий органический полупроводник

Группа физиков из Университета Арканзаса успешно разработала схему, способную улавливать тепловое движение графена и преобразовывать его в электрический ток.

«Схема сбора энергии на основе графена может быть встроена в микросхему, чтобы обеспечить чистую, безграничную низковольтную энергию для небольших устройств или датчиков», - сказал Пол Тибадо (Paul Thibado), профессор физики и ведущий исследователь этого открытия.

Результаты, опубликованные в журнале Physical Review E, являются доказательством теории, разработанной физиками Университета Арканзаса три года назад, согласно которой отдельно стоящий графен - единственный слой атомов углерода - колеблется и изгибается таким образом, что это обещает возможность сбора энергии.

Идея получения энергии из графена спорна, потому что она опровергает известное утверждение физика Ричарда Фейнмана о том, что тепловое движение атомов, известное как броуновское, не может работать. Команда Тибадо обнаружила, что при комнатной температуре тепловое движение графена на самом деле вызывает в цепи переменный ток, что казалось невозможным.

В 1950-х годах физик Леон Бриллюэн опубликовал знаменательную статью, опровергающую идею о том, что добавление к схеме одного диода, одностороннего электрического затвора, является решением для сбора энергии из броуновского движения. Зная это, группа Тибадо построила свою схему с двумя диодами для преобразования переменного тока в постоянный. Когда диоды расположены напротив друг друга, позволяя току течь в обе стороны, они обеспечивают отдельные пути через схему, создавая импульсный ток, который выполняет работу на нагрузочном резисторе.

Вдобавок они обнаружили, что их конструкция увеличила количество передаваемой мощности. «Мы также обнаружили, что поведение диодов при включении-выключении и переключении на самом деле усиливает подаваемую мощность, а не снижает ее, как считалось ранее, - сказал Тибадо. - Скорость изменения сопротивления, обеспечиваемого диодами, добавляет дополнительный фактор к мощности».

Команда использовала относительно новую область физики, чтобы доказать, что диоды увеличивают мощность схемы. «В доказательстве этого увеличения мощности мы опирались на зарождающуюся область стохастической термодинамики и расширили знаменитую теорию Найквиста почти столетней давности», - сказал соавтор Прадип Кумар (Pradeep Kumar), доцент физики и соавтор.

По словам Кумара, графен и схема имеют симбиотические отношения. Хотя тепловая среда выполняет работу с нагрузочным резистором, графен и схема имеют одинаковую температуру, и тепло между ними не течет.
Это важное различие, сказал Тибадо, потому что разница температур между графеном и схемой в цепи, производящей энергию, противоречила бы второму закону термодинамики. «Это означает, что не нарушается второй закон термодинамики и нет необходимости утверждать, что «демон Максвелла» разделяет горячие и холодные электроны», - сказал Тибадо.

Команда также обнаружила, что относительно медленное движение графена индуцирует ток в цепи на низких частотах, что важно с технологической точки зрения, поскольку электроника работает более эффективно на более низких частотах.

«Люди могут подумать, что ток, протекающий в резисторе, вызывает его нагрев, но броуновский ток - нет. Фактически, если бы ток не протекал, резистор остыл, - пояснил Тибадо. - Что мы сделали, так это перенаправили ток в цепи и преобразовали его во что-то полезное».

Видео: https://www.youtube.com/watch?v=KiLTEjm8zLw&feature=emb_logo

Группа физиков из Университета Арканзаса успешно разработала схему, способную улавливать тепловое движение графена и преобразовывать его в электрический ток

Исследователи из CRANN и Школы физики Тринити-колледжа в Дублине обнаружили, что новый материал может действовать как сверхбыстрый магнитный переключатель. При облучении последовательными ультракороткими лазерными импульсами он демонстрирует «тумблерное переключение», которое может на порядок увеличить пропускную способность глобальной волоконно-оптической кабельной сети.

Переключение между двумя состояниями - 0 и 1 - является основой цифровых технологий и опорой Интернета. Подавляющее большинство всех данных, которые мы загружаем, хранятся на магнитах в огромных центрах обработки данных по всему миру, связанных сетью оптических волокон.

Препятствия на пути к дальнейшему развитию Интернета является тройным: скорость и потребление энергии полупроводниковыми или магнитными переключателями, которые обрабатывают и хранят наши данные, и способность оптоволоконной сети обрабатывать их.

Новое открытие сверхбыстрого переключения с использованием лазерного света на зеркальных пленках из сплава марганца, рутения и галлия, известного как MRG, может помочь со всеми тремя проблемами.

Свет не только дает большое преимущество, когда дело касается скорости, но и магнитным переключателям не требуется питание для поддержания их состояния. Что еще более важно, теперь они предлагают перспективу быстрого мультиплексирования во временной области существующей оптоволоконной сети, что может позволить ей обрабатывать в десять раз больше данных.

Работая в лаборатории фотоники в CRANN, Научном центре нанонауки Trinity, д-р Чандрима Банерджи (Chandrima Banerjee) и д-р Жан Бесбас (Jean Besbas) использовали сверхбыстрые лазерные импульсы длительностью всего 100 фемтосекунд (одна десятитысячная миллиардная секунды), чтобы переключать в оба состояния намагничивание тонких пленок MRG. Направление намагничивания может указывать внутрь или наружу пленки.

С каждым последующим лазерным импульсом намагничивание резко меняет направление. Считается, что каждый импульс мгновенно нагревает электроны в MRG примерно на 1000 градусов, что приводит к изменению их намагниченности.

Д-р Карстен Роде (Karsten Rode), старший научный сотрудник группы «Магнетизм и спиновая электроника» Школы физики Тринити, предполагает, что это открытие знаменует собой начало нового захватывающего направления исследований. Он сказал: «Нам предстоит много работы, чтобы полностью понять поведение атомов и электронов в твердом теле, которое далеко от равновесия в фемтосекундной шкале времени. В частности, как может магнетизм так быстро меняться, подчиняясь фундаментальному закону физики, который гласит: что угловой момент должен быть сохранен? В духе нашей команды спинтроники мы теперь будем собирать данные из новых экспериментов с импульсным лазером на MRG и других материалах, чтобы лучше понять эту динамику и связать сверхбыстрый оптический отклик с электронным транспортом. Мы планируем эксперименты с ультрабыстрыми электронными импульсами для проверки гипотезы о том, что тумблерное переключение происходит чисто термически».

В следующем году д-р Банерджи продолжит свою работу в Университете Хайфы, Израиль, с группой, которая сможет генерировать еще более короткие лазерные импульсы. Исследователи Trinity во главе с д-ром Карстеном планируют новый совместный проект с коллегами из Нидерландов, Франции, Норвегии и Швейцарии, направленный на доказательство концепции сверхбыстрого мультиплексирования во временной области волоконно-оптических каналов.

Доктор Карстен Роде (справа) предполагает, что это открытие знаменует собой начало нового захватывающего направления исследований