Повысить скорость работы современных электронных устройств, при этом снизив их энергопотребление, стремятся российские ученые, стараясь не отставать от зарубежных коллег. На смену обычным транзисторам, которые достигли своего технологического предела, приходят новые, спиновые транзисторы, для которых разрабатываются альтернативные кремниевой графеновые платформы. В Казанском федеральном университете (КФУ) предложили платформу для микросхем на основе графена с атомами железа. Работа опубликована в научном журнале European Physical Journal PLUS.
Все знают, что современная электроника основана на транзисторах. Это полупроводниковые устройства, которые переключают заряды электронов. За счет этого переключения происходят все вычисления. Так сейчас работает вся микроэлектроника, начиная от микроволновок и заканчивая космическими кораблями.
На сегодняшний день эта традиционная электроника на основе кремния достигла своего технологического предела, – минимизировать кремниевые транзисторы, которые уже достигают размера меньше нанометра, становится все сложнее.
Ученые ищут новые концепции. Одно из предложений — использовать не заряд электрона, а только его спин – магнитный момент (движения) электрона. Весь мир сейчас говорит о спиновых транзисторах, которые уже называют основой электроники будущего, — они будут очень быстродействующими и потреблять мало энергии, может быть, в тысячи раз меньше современных компьютеров.
Проблема в том – что должно стать материалом для спиновых транзисторов? Ведь они должны обладать двумя свойствами – быть сверхтонкими на нано-уровне (для этого может подойти двумерный материал графен, толщиной в один атом (0,1 нм) и магнитными, поскольку спин может создаваться только при помощи магнита.
Справка «МК». За создание графена в 2010 году двое российских ученых – Андрей Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию.
Поскольку графен не обладает магнитным свойством, основная задача ученых во всем мире – придумать, как наделить его таким качеством.
Как сообщили "МК" в Минобрнауки России, один из предполагаемых сотрудниками КФУ способов – бомбардировка поверхности графена атомами железа. Часть атомов задерживается в решетке графена (он обладает хорошими абсорбционными свойствами), и таким образом немагнитный графен приобретает магнитные свойства.
Любопытно, что не так давно о примерно таком же способе, но с использованием вместо атомов железа атомов гадолиния (компонента магнитных сплавов), сообщили ученые Курчатовского института.
- У гадолиния больше величина спина, – соответственно, на перемагничивание ему надо затрачивать больше энергии, чем нашему, – объясняет нам разницу между разработкой КФУ и Курчатовского института один из авторов работы, ведущий научный сотрудник НИЛ «Квантовые симуляторы» Айрат Киямов. – Зато спиновый транзистор с использованием гадолиния более надежен с точки зрения помехоустойчивости.
Управляемое поглощение магнитных атомов на поверхности графена открывает новые горизонты в создании медтехники и квантовых компьютеров. Ученые уверены, что более высокая скорость и меньшее потребление энергии приведут к кардинальным изменениям в развитии вычислительной техники.
Наталья Веденеева
