_ Interferența cuantică ar putea duce la mai mici tranzistoare , mai rapide și mai eficiente din punct de vedere energetic

O echipă internațională de cercetători de la Universitatea Queen Mary din Londra, Universitatea din Oxford, Universitatea Lancaster și Universitatea din Waterloo au dezvoltat un nou tranzistor cu o singură moleculă care folosește interferența cuantică pentru a controla fluxul de electroni. Tranzistorul, care este descris într-o lucrare publicată în Nature Nanotechnology, deschide noi posibilități de utilizare a efectelor cuantice în dispozitivele electronice.

Tranzistorii sunt elementele de bază ale electronicii moderne. Sunt folosite pentru a amplifica și comuta semnale electrice și sunt esențiale pentru orice, de la smartphone-uri la nave spațiale. Cu toate acestea, metoda tradițională de fabricare a tranzistorilor, care implică gravarea siliciului în canale minuscule, își atinge limitele.

Pe măsură ce tranzistorii devin mai mici, ei devin din ce în ce mai ineficienți și susceptibili la erori, deoarece electronii se pot scurge prin dispozitiv. chiar și atunci când ar trebui să fie oprit, printr-un proces cunoscut sub numele de tunel cuantic. Cercetătorii explorează noi tipuri de mecanisme de comutare care pot fi utilizate cu diferite materiale pentru a elimina acest efect.

În structurile la scară nanometrică pe care profesorul Jan Mol, dr. James Thomas și grupul lor le studiază la Queen Mary's School of Științe fizice și chimice, efectele mecanice cuantice domină, iar electronii se comportă mai degrabă ca unde, decât ca particule. Profitând de aceste efecte cuantice, cercetătorii au construit un nou tranzistor.

Canalul conductor al tranzistorului este o singură porfirină de zinc, o moleculă care poate conduce electricitatea. Porfirina este intercalată între doi electrozi de grafen, iar atunci când electrozilor li se aplică o tensiune, fluxul de electroni prin moleculă poate fi controlat folosind interferența cuantică.

Interferența este un fenomen care apare atunci când două unde interacționează cu fiecare. altele și fie se anulează reciproc (interferență distructivă), fie se consolidează reciproc (interferență constructivă). În cazul noului tranzistor, cercetătorii au pornit și oprit tranzistorul controlând dacă electronii interferează constructiv (pornit) sau distructiv (oprit) pe măsură ce curg prin molecula de porfirină de zinc.

Cercetătorii au descoperit că noul tranzistor. tranzistorul are un raport de pornire/oprire foarte mare, ceea ce înseamnă că poate fi pornit și oprit foarte precis. Interferența cuantică distructivă joacă un rol crucial în acest sens, eliminând fluxul de electroni cu scurgeri din tunelul cuantic prin tranzistor atunci când se presupune că acesta este oprit.

Ei au descoperit, de asemenea, că tranzistorul este foarte stabil. Tranzistoarele anterioare fabricate dintr-o singură moleculă au fost capabile să demonstreze doar câteva cicluri de comutare. Cu toate acestea, acest dispozitiv poate fi operat timp de sute de mii de cicluri fără a se defecta.

„Interferența cuantică este un fenomen puternic care are potențialul de a fi utilizat într-o mare varietate de aplicații electronice”, a spus autorul principal. Dr. James Thomas, lector în tehnologii cuantice la Queen Mary. „Credem că munca noastră este un pas semnificativ către realizarea acestui potențial.”

„Rezultatele noastre arată că interferența cuantică poate fi folosită pentru a controla fluxul de electroni în tranzistoare și că acest lucru se poate face într-un fel este atât eficient, cât și de încredere”, a spus coautorul profesor Jan Mol. „Acest lucru ar putea duce la dezvoltarea de noi tipuri de tranzistoare care sunt mai mici, mai rapide și mai eficiente din punct de vedere energetic decât dispozitivele actuale.”

Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că efectele de interferență cuantică ar putea fi folosite pentru a îmbunătăți oscilația subpragului tranzistorului, care este o măsură a cât de sensibil este tranzistorul la modificările tensiunii de poartă. Cu cât oscilația subpragului este mai mică, cu atât tranzistorul este mai eficient.

Tranzistoarele cercetătorilor au avut o variație subprag de 140 mV/dec, care este mai bună decât variațiile sub prag raportate pentru alte tranzistoare cu o singură moleculă și comparabilă cu dispozitivele mai mari fabricate din materiale precum nanotuburile de carbon.

Cercetarea este încă în stadiile inițiale, dar cercetătorii sunt optimiști că noul tranzistor ar putea fi folosit pentru a crea o nouă generație de dispozitive electronice. Aceste dispozitive pot fi utilizate într-o varietate de aplicații, începând de la computere și smartphone-uri și terminând cu dispozitivele medicale.

(Fluierul)