Новый взгляд на движение электронов в нанотранзисторах
Коллектив исследователей из МФТИ и Института проблем технологии микроэлектроники РАН в сотрудничестве с международными партнерами выявил необычный механизм перемещения электронов через ультратонкие барьеры в наноструктурах. Оказалось, что путь с использованием промежуточных состояний значительно эффективнее прямого преодоления препятствия. По данным пресс-службы МФТИ, результаты работы открывают путь к созданию инструментов для высокоточной диагностики перспективных электронных материалов.
В современных наноразмерных транзисторах в качестве изолирующего барьера чаще всего выступает гексагональный нитрид бора (hBN). Традиционно физики полагали, что электроны преодолевают его в основном упругим способом, не теряя энергии, либо изредка используя отдельные дефекты кристаллической решетки в качестве «ступенек». Однако отечественные ученые доказали, что при наличии двух близко расположенных дефектов процесс меняется: электрону энергетически выгоднее пройти через оба дефекта, пусть и с потерей части энергии, чем пытаться совершить прямое туннелирование.
Практическая значимость и перспективы применения
Обнаруженный физический феномен позволил разработать новый метод туннельной спектроскопии с крайне высокой разрешающей способностью. С его помощью исследователям удалось точно измерить ширину запрещенной зоны в двухслойном графене и графене с муаровой сверхструктурой, а также с высокой точностью вычислить угол поворота кристаллических решеток.
Авторы работы подчеркивают, что это открытие пересматривает устоявшиеся представления о физических процессах в нанотранзисторах и создает задел для проектирования приборов со сверхнизким энергопотреблением. Дмитрий Свинцов, доктор физико-математических наук, образно описал этот механизм:
Представьте, что вы пытаетесь перепрыгнуть широкую реку. Прямой прыжок требует колоссальных усилий. Но если посередине есть два близко расположенных камня, вы предпочтете сделать два коротких прыжка, даже если при переходе с камня на камень придётся немного оступиться. В наномасштабе такой «обходной путь» через соседние дефекты становится решающим преимуществом.
Над проектом работала международная группа ученых, представляющих научные центры Японии, Китая, Сингапура и Армении. Данное открытие считается важным шагом в развитии фундаментальной наноэлектроники, способствующим появлению приборов с принципиально новыми функциональными характеристиками.
