Ученые обнаружили еще одно уникальное свойство графена
Графен, материал одноатомной толщины, состоящий из атомов углерода, уже давно находится в фокусе исследований, проводимых различными группами ученых. В ходе этих исследований ученые изучают известные и открывают новые уникальные свойства этого материала, что постоянно расширяет перечень областей его применения. Недавно группа исследователей из Массачусетского технологического института обнаружила еще одно из свойств графена, благодаря которому стала возможной реализация технологии управления электрической проводимостью этого материала при помощи сверхкоротких импульсов света.
Выполняя исследования, ученые нанесли слой графена поверх изолирующего слоя, отделяющего его от металлического основания. Изменяя электрический потенциал, приложенный к графену и металлическому основанию, ученые добивались изменения концентрации в графене свободных электронов. Вся эта структура освещалась мощным сверхкоротким импульсом лазера, который оказывал влияние на электрическую проводимость материала, а при помощи следующего, более длинного импульса лазерного света производились измерения значения электрической проводимости.
Во время исследований ученые обнаружили, что изменяя концентрацию свободных электронов в графене, можно повлиять на реакцию этого материала на воздействие коротких, но интенсивных импульсов света. Если в графеновой пленке наблюдается низкая концентрация электронов, то воздействие импульса света приведет к увеличению удельной электрической проводимости материала. Это поведение соответствует поведению многих традиционных полупроводниковых материалов, таких, как кремний и германий.
Но, если графен максимально насыщен электронами, то импульс света оказывает обратное воздействие, электрическая проводимость материала снижается и, с этой точки зрения, графен ведет себя подобно металлу. Используя обнаруженные эффекты, модулируя прикладываемый к графену электрический потенциал и свет лазера, исследователи получили возможность с очень большой частотой изменять фотоэлектрические свойства графена в широких пределах.
Но самым интересным является тот факт, что обнаруженные учеными эффекты объясняют многие нестыковки, на которые натыкались многие исследовательские группы, экспериментирующие с фотоэлектрическими свойствами этого материала. Ведь в этих исследованиях ученые практически не обращали внимания на концентрацию электронов в графене, что почти всегда приводило к получению нестабильных и противоречивых результатов.
Использованный учеными полностью оптический метод управления и измерения электрической проводимости графена устраняет необходимость использования металлических электродов, подключенных к графену, изготовление которых вызывает множество трудностей технологического плана. Помимо этого, метод двойного лазерного импульса позволяет изменять и измерять электрическую проводимость графена всего за триллионные доли секунды.
Благодаря всем своим преимуществам вышеупомянутый оптический метод может стать основой технологий производства ультраскоростных фотодатчиков и датчиков других физических величин, имеющих очень широкий рабочий диапазон. Пока еще из-за сложности и высокой стоимости ультраскоростных лазерных систем такие датчики могут найти применение лишь в составе дорогостоящего научного оборудования, но, по мере совершенствования имеющихся технологий "управляемые" графеновые датчики смогут объявиться и в электронике потребительского класса, которой ежедневно пользуется каждый из нас.
Источник: tehnowar.ru.
Наномагниты - еще один кандидат на замену кремниевым транзисторам в микропроцессорах будущего
Всем людям, более-менее знакомым с электроникой, известно, что в современных цифровых микросхемах, в том числе и процессорах компьютеров, информация кодируется в виде 0 и 1, которым соответствуют определенные уровни электрического напряжения. Это напряжение передается по электрическим проводникам и коммутируется транзисторами, которые требуют для своей работы дополнительной энергии. В принципе, чего-то подобного можно добиться при помощи крошечных наномагнитов, переключая ориентацию их полюсов, каждому из которых соответствует значение 1 или 0. Переключение полярности крошечного магнита требует меньших затрат энергии, нежели переключение состояния транзистора и это может привести к тому, что наномагнитные микропроцессоры смогут решать ресурсоемкие задачи, такие, как взлом зашифрованных данных или обработка изображений, быстрее и затрачивая на это гораздо меньшее количество энергии, чем традиционные процессоры.
В недалеком прошлом ученые уже пытались создать цифровые чипы с наномагнитами. Но тогда ученым удалось расположить на поверхности кристалла чипа только один слой магнитов, из-за чего им, наномагнитам, для нормальной работы требовалось значительное количество свободного окружающего пространства. Группа исследователей из Технического университета Мюнхена (Technical University of Munich), возглавляемая Ириной Айхвальд (Irina Eichwald), выяснила, что для того, что бы конкурировать с плотностью упаковки транзисторных чипов, наномагнитные чипы должны состоять из многослойных структур, насчитывающих сотни и тысячи слоев наномагнитов.
Проработав этот вопрос, исследователи принялись за изготовление подобного чипа и получили структуру, состоящую из 100 слоев наномагнитов. Используя определенные методы, исследователи заставили группы наномагнитов действовать как отдельные логические элементы, которые, как известно, являются стандартными блоками всех цифровых чипов. Для управления и считывания состояния наномагнитов использовались магнитные поля, распространяющиеся по поверхности чипа и внутри каналов специальных магнитопроводов. Переключение ориентации одного из магнитов логического элемента вызывало цепную реакцию переключения других связанных с ним магнитов, а конечное положение всех этих магнитов являлось результатом выполненной логической или арифметической операции. При этом, расход энергии на выполнение простейших операций был в 35 раз меньше, чем расход энергии аналогичных электронных схем на транзисторах.
"В структуре наномагнитных чипов полностью отсутствуют какие-либо проводники, для выполнения чипом различных операций требуется всего лишь воздействие внешнего магнитного поля определенной конфигурации" - рассказывает Ирина Айхвальд, - "Такие чипы очень легко разделяются на множество независимых блоков, способных производить огромное количество параллельных вычислений. При этом, энергия тратится лишь только в момент начального инициирования потока операции и в момент считывания результата исполнения этой операции".
"Технология наномагнитных многослойных чипов является еще одним весьма перспективным кандидатом на замену существующих кремниевых технологий" - рассказывает Питер Бентли (Peter Bentley), ученый и эксперт из Университетского Лондонского колледжа, - "Кроме огромных возможностей по распараллеливанию вычислений такие чипы могут предложить функции динамического изменений архитектуры процессора, которая каждый раз сможет оптимизироваться для выполнения определенной задачи".
Источник: tehnowar.ru.
Свежие комментарии