Kvantová mechanika - tunelovanie elektrónov ako ukladanie dát budúcnosti LABO ONLINE

Vedci pod vedením Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) objavili nový spôsob vývoja extrémne rýchlych a energeticky efektívnych zariadení na ukladanie dát. K tomu použili takzvané kvantovo mechanické tunelové kontakty.

ukladanie

Tu môžu elektróny tunelovať cez tenkú bariéru. Rôzne elektrické odpory, ktoré vznikajú pri rôznych napätiach, je možné uložiť ako digitálne páry „0“ a „1“.

Štúdiu nedávno publikoval časopis Nature Communications. Zapojení boli aj vedci z výskumného centra Jülich, univerzity v Regensburgu, ruského inštitútu Ioffe v Petrohrade a kórejského inštitútu pre vedu a techniku ​​(KIST).

Kontakty v tuneli sú štruktúrované ako elektronické kondenzátory. Skladajú sa z dvoch kovových dosiek (elektród) a dielektrika, teda nevodivej medzivrstvy. Podstatným rozdielom medzi konvenčnými kondenzátormi a kontaktmi v tuneli je to, že dielektrikum v kontakte tunela je tenké iba niekoľko atómových vrstiev (asi jeden nanometer). Hrúbka dielektrika teda zhruba zodpovedá vlnovej dĺžke elektrónov v susedných kovových elektródach.

Spoločnosť pre článok

Témy v článku

Ak je teraz na takúto zložku aplikované elektrické napätie, elektróny môžu tunelom prechádzať cez toto dielektrikum. "Elektróny sa môžu správať ako častice alebo vlny." To im umožňuje prekonať bariéru ako vlna, ktorá sa prelieva, “vysvetľuje Dr. Adrian Petraru z pracovnej skupiny pre nanoelektroniku v Kieli vysvetlil princíp konania.

Kontakt v tuneli sa zmení na pamäť, až keď sa zvolí bariéra medzi elektródami: „Z čírej zvedavosti sme chceli vedieť, aký vplyv má feroelektrický materiál na takúto súčasť,“ hovorí profesor Hermann Kohlstedt, vedúci pracovnej skupiny v Kieli. Takéto látky majú na svojich rozhraniach kladné a záporné náboje, ktoré je možné zvrátiť elektrickým napätím. Ak prúd už netečie, nový stav nabitia sa zachová. Rozdielna polarizácia pri rôznych napätiach určuje, koľko prúdu preteká cez tunelový spoj.

Vedci zistili, že zlato a meď ako elektródy dosiahli obzvlášť vysoký pomer odporu. Dva odpory tvoria digitálny pár „0“ a „1“, a teda elementárny pamäťový bit. „Pretože polarizácia bariéry medzi elektródami je uložená, aj keď nie je pripojené žiadne napätie, jedná sa o energeticky nezávislú pamäť, napríklad pevný disk alebo CD,“ hovorí Kohlstedt.

Pôvodná publikácia:
Účinok obrovskej elektródy na tunelovanie elektrorezistencie vo feroelektrických tunelových spojoch. Rohit Soni, Adrian Petraru, Paul Meuffels, Ondrej Vavra, Martin Ziegler, Seong Keun Kim, Doo Seok Jeong, Nikolay A. Pertsev, Hermann Kohlstedt. Komunikácia o prírode 48/2014. DOI: 10,1038/ncomms641