Новые правила дорожного движения в «графеновом городе» | Gearmix
11.12.2018 16:23

Новые правила дорожного движения в «графеновом городе»

Источник перевод для gearmix ()

В поисках альтернативы применению силикона в электронике, физики экспериментируют и с другими свойствами электронов помимо их заряда. В статье, опубликованной 7 декабря в журнале Science, команда исследователей, возглавляемая профессором Пенсильванского университета Юн Цзю, описывает способ управления электронами, основанными на взаимосвязи их энергии с динамикой — так называемую «долинную степень свободы».

«Представьте, что электроны имеют окраску — они красные или синие, — рассказывает профессор Цзю. — И траектории их движения также окрашены в соответствующий цвет. Электроны могут двигаться только по линиям того же цвета, что и они сами. Поэтому, чтобы оказаться на красной линии, синему электрону нужно покраснеть».

Два года назад команда профессора Цзю продемонстрировала модель движения электронов, созданную в двухслойном графене. Использование цветовой кодировки делает модель топологической. Исследователи смоделировали пересечение четырех двунаправленных траекторий с разными цветовыми кодами, на котором их код меняется. Это можно описать как ситуацию, при которой машина синего цвета достигает перекрестка и не может двигаться дальше, поскольку любая из предлагаемых развилок — красная. Если электрон не поменяет свой цвет, его дальнейшее движение невозможно.

Так путем искуснейшей электронно-лучевой литографии были созданы волноводы, топология которых контролировала цветовой код траекторий. Для изменения цвета требуется междолинное рассеяние, которое в рамках эксперимента было сведено к минимуму, чтобы сохранялась возможность регулировать движение электронов.

«Нам удалось создать топологический изолятор, в основе действия которого лежит новый механизм управления потоком электронов, — говорит Цзю. — Наше исследование относится к валлетронике — пока что зарождающейся отрасти электроники. Именно управление топологией дало результат в нашем эксперименте».

В ходе работы ученые задались вопросом: что станет с условной синей «машиной», если у нее не будет возможности двигаться вперед?

«Ей придется свернуть налево или направо, — объясняет Цзинь Ли, бывший аспирант профессора Цзю, а ныне научный сотрудник Национальной лаборатории Лос-Аламоса. — У нас есть дополнительные способы управления движением: при поэтапном смещении полос движения к левому или правому повороту появляется возможность плавно менять соотношение между количеством электронов, поворачивающих в одну и в другую сторону: например, 60 и 40 процентов или любой другой вариант».

Такое управляемое разделение называется поляризационным расщепителем. Его воздействие на световые волны уже освоено, но он пока еще трудноприменим по отношению к электронам. Достигнутые в результате эксперимента возможности управления многоцветными дорожками воодушевили ученых, так как открывают простор для более сложных опытов.

«Чтобы создать соответствующий прибор управления, требуются многоэтапные эксперименты и очень сложная электронно-лучевая литография, — говорит Ли. — К счастью, технологии нанофабрикации, которыми располагает Пенсильванский университет, равно как и высокопрофессиональный технический персонал, дают нам такую возможность».

Следующая задача команды профессора Цзю — попытаться создать прибор, позволяющий управлять движением электронов при комнатной температуре, а не в чрезвычайно холодной среде, которая требуется сейчас. Цзю считает эту задачу посильной, хотя и требующей большого труда:

«Если в нашем распоряжении будет двухслойный графен и гексагональный нитрид бора, мы сможем создать целый «город» с сетью топологических «дорог» и беспрепятственно направлять по ним электроны в любом направлении. Это будет очень круто».

 



ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ


© Gearmix 2013
Права на опубликованный перевод принадлежат владельцам вебсайта gearmix.ru
Все графические изображения, использованные при оформлении статьи принадлежат их владельцам. Знак охраны авторского права распространяется только на текст статьи.
Использование материалов сайта без активной индексируемой ссылки на источник запрещено.

Комментарии запрещены.