Волны плотности заряда возможны при комнатной температуре
 Структура вандерваальсового материала, а также результаты исследований при помощи комбинационного рассеяния. (кликните картинку для увеличения) |
|
||||||||
В обычных полупроводниках, используемых для создания электронных устройств, электроны движутся, как независимые частицы. В процессе движения через материал они рассеиваются на фононах (квазичастицах, ассоциируемых с колебаниями кристаллической решетки), что определяет сопротивление материала, т.е. потери энергии в готовом устройстве. Иная картина наблюдается после перехода вещества в состояние, в котором существуют так называемые волны плотности заряда.
Волны плотности заряда – это квантовое состояние, в котором электроны и фононы тесно связаны между собой. Они распространяются через материал совместно, что приводит к появлению некого общего тока и значительному снижению сопротивления материала.
В интегральных схемах и электронных устройствах на основе кремния дальнейшее уменьшение масштабов осложнено тем, что при сокращении размеров компонент повышается и диссипация энергии. Рассеиваемая таким образом энергия пропорциональна числу электронов и температуре. Однако это верно только тогда, когда электроны ведут себя, как ансамбль независимых частиц. Если они находятся в коллективном квантовом состоянии, рассеиваемая энергия может быть сокращена.
Проблема волн плотности заряда заключается в том, что переход вещества в это квантовое состояние обычно осуществляется при достаточно низких температурах – около 200 градусов по шкале Кельвина. Однако команда ученых из University of California (США) показала, что эта температура может быть повышена почти на 40 градусов в диселениде титана, если его толщина будет менее 100 нм.
Диселенид титана принадлежит к семейству так называемых вандерваальсовых материалов, имеющих слоистую кристаллическую структуру. Слои слабо связаны между собой, поэтому они могут быть легко удалены для создания пленок различной толщины из объемных кристаллов. Благодаря этой особенности в ходе своего эксперимента ученые измерили температуру перехода к волнам плотности заряда в образцах диселенида титана различной толщины: от нескольких микрон до нескольких нанометров. При этом результаты были получены при помощи комбинационного рассеяния.
В ближайшем будущем научная группа планирует создать первые электронные схемы, работающие в «режиме» волн плотности заряда при комнатной температуре. Подробный отчет о текущей работе опубликован в журнале Nano Letters.
Также по теме:
- Рождение управляемой химии при ультранизких температурах
- Экстремальные температуры воздуха могут повышать риск гибели людей, страдающих от болезней сердечно-сосудистой системы
- Бабочки помогают увидеть тепловое излучение
- Градиент температуры ведет к магнетизму
- Температурные эффекты позволят динамически изменять поведение коллоидных частиц
Источники: