Физики открыли ранее неизвестный путь протекания тока в нанотранзисторах, связанный с "многоэтапным" туннелированием электронов через ультратонкие барьеры.

Открытие исследователей поможет создать новые формы туннельных транзисторов, обладающие повышенным уровнем эффективности, сообщила пресс-служба МФТИ.

«Представьте, что вы пытаетесь перепрыгнуть широкую реку. Прямой прыжок требует огромных усилий. Но если посередине есть два близких камня, вы предпочтете сделать два коротких прыжка, даже если при переходе с камня на камень придется немного оступиться. В наномасштабе такой обходной путь через соседние дефекты становится решающим преимуществом», — пояснил заведующий лабораторией оптоэлектроники двумерных материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ Дмитрий Свинцов, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как объясняют Свинцов и ученые, в последние годы физики со всего мира активно работают над созданием нанотранзисторов, состоящих их нескольких двумерных материалов. Один из них обычно играет роль барьера, который обычно препятствует движению электронов между двумя соседними с ним прослойками других материалов. Благодаря законам квантовой механики, при определенных условиях эти частицы «туннелируют» через эту прослойку, что позволяет управлять движением тока и использовать структуры из двумерных материалов в качестве транзисторов.

Российские физики и ученые из Японии, Сингапура, Китая и Армении заинтересовались, как именно протекает данный процесс. В прошлом считали, что электроны преодолевают данный барьер преимущественно без потерь энергии, однако проведенные исследователями опыты указали на наличие ранее неизвестного пути туннелирования данных частиц, который возникает при наличии двух близко расположенных дефектов внутри барьерного материала.

Иначе подобный тип проводимости иногда называют прыжковой.

Оказалось, что в такой ситуации электронам выгоднее туннелировать через оба состояния с потерей энергии, чем напрямую без потерь энергии, как это происходит при отсутствии дефектов. Данный эффект, как отмечают исследователи, можно использовать для создания новых туннельных спектроскопов сверхвысокой точности, а также при этом он существенно меняет представления ученых о процессах, протекающих внутри нанотранзисторов.

В частности, открытие этого феномена поможет ученым повысить энергоэффективность этих устройств, так как для управления их работой при помощи данного эффекта требуется значительно меньше управляющих напряжений. В свою очередь, новые методы спектроскопии будут применены при разработке новых подходов сверхточной диагностики свойств материалов для электроники следующего поколения, подытожили физики.