Материалы с переключающимися состояниями – путь к сверхэкономичным устройствам

После 60-ти лет с того момента, как транзисторы породили технологическую революцию, изменившую почти все аспекты нашей повседневной жизни, новые транзисторы могут привести к следующей. Разработанные в RIKEN устройства используют электростатическое накопление электрического заряда на поверхности сильно коррелированного материала, чтобы служить триггером для переключения электронного состояния. Функционирующая при комнатной температуре и переключающаяся с помощью напряжения всего 1 В схема может послужить новым строительным блоком для сверхэкономичных устройств, энергонезависимой памяти и оптических переключателей, основанных на новой концепции.

После миниатюризации на протяжении многих десятилетий, традиционная электроника достигла квантовых пределов, мотивируя поиск альтернативных технологий. Внимание исследователей привлекают, среди прочих, сильно коррелированные материалы, в которых электроны взаимодействуют друг с другом, приводя к необычным и зачастую полезным свойствам. Одним из таких свойств являются фазовые переходы: прикладывая небольшое напряжение можно вызвать большие изменения сопротивления. Это свойство имеет много потенциальных применений.

Теперь исследователи из RIKEN создали первый в мире транзистор, базирующееся на этом уникальном свойстве. Устройство использует двойной электрический слой для регулировки плотности заряда на поверхности двуокиси ванадия (VO₂), хорошо известного классического сильно коррелированного материала. Благодаря сильной корреляции электронов и связи электронов с решеткой в VO₂, поверхностный заряд приводит локализованные внутри материала электроны к делокализации, изменяя их фазу. Ученые показали, что для переключения материала из состояния изолятора в состояние проводника достаточно напряжения всего 1 В.

Однако при этом изменяется не только фаза электронов: используя синхротронное излучение, группа исследователей проанализировала кристаллическую структуру VO₂ и показала, что она тоже изменяется, переходя от моноклинной к тетрагональной.

Новый механизм переключения состояния на таком уровне открыт впервые, продемонстрировав, что очень небольшого напряжения достаточно для управления макроскопическим электронным состоянием. Это является новым направлением в способах управления состоянием материалов.

Схематическая и оптическая микрография нового транзистора, основанного на VO₂

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365