Руски научници пронашли нову врсту енергетски ефикасне електронике

Научници Московског физичко-техничког института (МФТИ), проучавајући својства материјала двослојни графен, пронашли су могућност за производњу електронских уређаја новог типа, изјавили су Спутњику у Министарству науке и вишег образовања Руске Федерације.

То су енергетски ефикасних прекидача који брзо делују, хемијски и биолошки сензори, као и детектори зрачења који се нису могли формирати на обичним полупроводницима.

Графен је дводимензиона угљеничка структура дебљине једног атома. Графен је скоро у потпуности провидан, али је истовремено и толико густ да ни најмањи атоми гаса не могу да прођу кроз њега. Поред тога, добро проводи електрицитет. Као материјал, графен има изузетно специфична својства. То је велики кристал, који је веома јак – сто пута јачи од челика, а може доста да се истањи. Графен је истовремено и најтањи и најјачи познати материјал.

Основа свих модерних електронских полупроводника се назива такозвани „p-n-прелаз“, подручје контакта два полупроводника са различитим врстама проводљивости. За електроне је такав прелаз енергетска баријера. Постојање степенасте баријере за електроне у „p-n-прелазу“ одређује његову главну функцију у електроници. Овај прелаз је једностран, струја у њему може тећи само при једној поларности напона.

Током 1960. године су открили да „p-n-прелаз“ може да спроводи струју и захваљујући ефекту квантног тунела, јер се електрони пробијају под енергетском баријером. Слични уређаји, односно диоде типа тунела се примењују у електроници где је ниска потрошња енергије.

Други важан правац у електроници је повећање брзине електронских уређаја. У овом случају се никако не може без нових материјала где електрони на свом путу не наилазе на препреке. Један од таквих материјала је двослојни графен - дводимензионална модификација угљеника која је формирана од два слоја графена који се налазе близу један до другог.

Научници у лабораторији за оптоелектронику дводимензионалних материјала Центра за фотонику и дводимензионалне материјале МФТИ су у својим експериментима дошли до закључка да је доминантан квантни тунелски тип проводљивости у овој врсти материјала.

„Оно што смо открили је веома перспективно за електронику. Прво, имамо високу електронску покретљивост у графену што могућава стварање брзих полупроводника. Друго, имамо тунелски начин транспорта, а то нам пружа могућност да управљамо струјом при малим напонима, што ствара велику енергетску ефикасност. Сличну комбинацију брзине и енергетске ефикасности нисмо могли да достигнемо у електроници на основу ‘класичних’ материјала за полупроводнике“, навео је руководилац лабораторије за оптоелектронику дводимензионалних материјала МФТИ Дмитриј Свинцов.

Према мишљењу аутора, ефекат који су пронашли је важан за имплементацију двослојног графена у дигиталној електроници. Ефекат тунела у двослојном графену омогућиће „да се осети“ не само зрачење, већ и количине хемијских и биолошких једињења. Тачније, он делују као осетљиви хемијски и биолошки сензор.

Пројекат је остварен уз подршку Руског научног фронда и Министарства науке Руске Федерације. Резултати истраживања су објављени у међународном научном часопису „Нано летерс“.