`

СПЕЦИАЛЬНЫЕ
ПАРТНЕРЫ
ПРОЕКТА

Архив номеров

BEST CIO

Определение наиболее профессиональных ИТ-управленцев, лидеров и экспертов в своих отраслях

Человек года

Кто внес наибольший вклад в развитие украинского ИТ-рынка.

Продукт года

Награды «Продукт года» еженедельника «Компьютерное обозрение» за наиболее выдающиеся ИТ-товары

 

Леонид Бараш

Искусственные материалы для более эффективной электроники

0 
 

Открытие беспрецедентного физического эффекта в новом искусственном материале знаменует собой важную веху в длительном процессе разработки материалов, изготавливаемых на заказ, и более энергоэффективной электроники.

Нас окружают электронные устройства. Транзисторы используются для питания телефонов, компьютеров, телевизоров, систем Hi-Fi и игровых консолей, а также автомобилей, самолетов и тому подобного. Однако сегодняшняя электроника на основе кремния потребляет значительную и постоянно увеличивающуюся долю мировой энергии.

Ряд исследователей изучают свойства материалов, более сложных, чем кремний, но перспективных для электронных устройств будущего и менее требовательных к электричеству. В соответствии с этим подходом ученые из Женевского университета (UNIGE) работали в сотрудничестве со Швейцарским федеральным технологическим институтом в Лозанне (EPFL), Цюрихским университетом, Институтом Флэтайрон Нью-Йорка и Льежским университетом. Ученые обнаружили неизвестное до сих пор физическое явление в искусственном материале, состоящем из очень тонких слоев никелатов. Это можно использовать для точного управления некоторыми электронными свойствами материала, такими как внезапный переход из проводящего в изолирующее состояние. Его также можно использовать для разработки новых, более энергоэффективных устройств.

«Никелаты известны своей особой характеристикой: они внезапно переключаются из изолирующего состояния в состояние электрического проводника, когда их температура поднимается выше определенного порога, - говорит Жан-Марк Трискон (Jean-Marc Triscone), профессор кафедры квантовой физики на факультете науки в UNIGE. - Эта температура перехода зависит от состава материала».

Никелаты образуются из оксида никеля с добавлением атома, принадлежащего к так называемым редкоземельным элементам (т.е. набору из 17 элементов Периодической таблицы). Когда этот редкоземельный элемент представляет собой самарий (Sm), например, скачок металл-изолятор происходит при температуре около 130° C, в то время как если это неодим (Nd), порог падает до -73° C. Это различие объясняется тем, что при замене Sm на Nd кристаллическая структура соединения деформируется - и именно эта деформация определяет значение температуры перехода.

Пытаясь больше узнать об этих материалах, ученые из Женевы изучили образцы, состоящие из повторяющихся слоев никелата самария, нанесенных на слои никелата неодима - своего рода «суперсэндвич», в котором все атомы идеально расположены.

Кларибель Домингес (Claribel Domínguez), исследователь из отдела квантовой физики материи и первый автор статьи, объясняет: «Когда слои достаточно толстые, они ведут себя независимо, каждый из них сохраняет свою собственную температуру перехода. Как ни странно, когда мы делали слои толщиной не больше восьми атомов каждый, весь образец начал вести себя как единый материал, с одним большим скачком проводимости при промежуточной температуре перехода».

Очень подробный анализ, проведенный с помощью электронного микроскопа в EPFL и подкрепленный сложными теоретическими разработками, предпринятыми американскими и бельгийскими коллегами, показал, что распространение деформаций в кристаллической структуре на границах раздела между материалами происходит только через два или три атомных слоя. Соответственно, наблюдаемое явление объясняется не этим искажением. На самом деле это как если бы самые дальние слои каким-то образом знали, что они очень близки к границе раздела, но не деформировались физически.

«В этом нет ничего волшебного, - говорит Дженнифер Фоули (Jennifer Fowlie), исследователь из отдела квантовой физики материи и соавтор статьи. - Наше исследование показывает, что поддержание границы раздела между проводящей областью и изолирующей областью, как в случае с нашими образцами, очень дорого с точки зрения энергии. Таким образом, когда два слоя достаточно тонкие, они могут принять гораздо меньше энергоемкое поведение, заключающееся в превращении в один материал, полностью металлический или полностью изолирующий, и с общей температурой перехода. И все это происходит без изменения кристаллической структуры. Такой эффект, или связь, беспрецедентны».

Это открытие стало возможным благодаря поддержке Швейцарского национального научного фонда и гранту Q-MAC ERC Synergy Grant (Frontiers in Quantum Materials 'Control). Открытие предоставляет новый способ управления свойствами искусственных электронных структур, которым, в данном случае, является скачок проводимости, полученный женевскими исследователями в их композитном никелате, что представляет собой важный шаг вперед в разработке новых электронных устройств. Никелаты могут использоваться в таких приложениях, как пьезоэлектрические транзисторы (реагирующие на давление).

В более общем плане, работа Женевы вписывается в стратегию производства искусственных материалов «по дизайну», то есть со свойствами, отвечающими конкретной потребности. Этот путь, по которому идут многие исследователи по всему миру, обещает будущую энергоэффективную электронику.

Искусственные материалы для более эффективной электроники

Сканирующее трансмиссионное электронно-микроскопическое изображение сверхрешетки, состоящее из чередующейся последовательности из 5 элементарных атомных ячеек никелата неодима (синий) и 5 элементарных ячеек никелата самария (желтый)

26 ноября — не пропустите Dell Technologies Forum EMEA!

0 
 

Напечатать Отправить другу

Читайте также

 

Slack подает жалобу на Microsoft и требует антимонопольного расследования от ЕС

 
Реклама

  •  Home  •  Рынок  •  ИТ-директор  •  CloudComputing  •  Hard  •  Soft  •  Сети  •  Безопасность  •  Наука  •  IoT