Материалы с переключающимися состояниями – путь к сверхэкономичным устройствам

7 ноябрь, 2012 - 15:05Леонид Бараш

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.

           Материалы с переключающимися состояниями – путь к сверхэкономичным устройствам

Схематическая и оптическая микрография нового транзистора, основанного на VO2