Mecanica cuantică - Tunelarea electronilor ca stocare de date a viitorului LABO ONLINE

Sub conducerea Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), cercetătorii au descoperit o nouă modalitate de a dezvolta dispozitive de stocare a datelor extrem de rapide și eficiente din punct de vedere energetic. Pentru a face acest lucru, au folosit așa-numitele contacte mecanice cuantice ale tunelului.

mecanica

Aici, electronii se pot tunela printr-o barieră subțire. Diferitele rezistențe electrice care apar la diferite tensiuni pot fi salvate ca perechi digitale "0" și "1".

Studiul a fost publicat recent de revista Nature Communications. Au fost implicați și oameni de știință de la Centrul de Cercetare Jülich, Universitatea din Regensburg, Institutul Rus Ioffe Saint Petersburg și Institutul Coreean pentru Știință și Tehnologie (KIST).

Contactele de tunel sunt structurate ca condensatoare electronice. Acestea constau din două plăci metalice (electrozi) și un dielectric, adică un strat intermediar neconductiv. O diferență esențială între condensatoarele convenționale și contactele tunelului este că dielectricul din contactul tunelului este subțire doar de câteva straturi atomice (aproximativ un nanometru). Grosimea unui dielectric corespunde astfel aproximativ cu lungimea de undă a electronilor din electrozii metalici adiacenți.

Compania pentru articol

Subiecte din articol

Dacă acum este aplicată o tensiune electrică unei astfel de componente, electronii pot face tunel prin acest dielectric. „Electronii se pot comporta ca niște particule sau unde. Asta le permite să treacă bariera ca un val care se revarsă ”, explică Dr. Adrian Petraru de la Grupul de lucru pentru nanoelectronică din Kiel a explicat principiul acțiunii.

Cu toate acestea, contactul tunelului se transformă într-o memorie numai atunci când se alege bariera dintre electrozi: „Din curiozitate pură, am vrut să știm ce efect are un material feroelectric asupra unei astfel de componente”, spune prof. Hermann Kohlstedt, șeful grupului de lucru Kiel. Astfel de substanțe au sarcini pozitive și negative la interfețele lor, care pot fi inversate de o tensiune electrică. Dacă curentul nu mai curge, noua stare de încărcare este păstrată. Diferitele polarizări la diferite tensiuni determină cât curent curge prin joncțiunea tunelului.

Cercetătorii au observat că aurul și cuprul ca electrozi au atins rapoarte de rezistență deosebit de ridicate. Cele două rezistențe formează perechea digitală „0” și „1” și astfel un bit de memorie elementar. „Deoarece polarizarea barierei dintre electrozi este stocată chiar dacă nu se aplică tensiune, este o memorie nevolatilă, cum ar fi un hard disk sau un CD”, spune Kohlstedt.

Publicație originală:
Efect electrod gigant asupra electrorezistenței tunelurilor în joncțiunile feroelectrice ale tunelului. Rohit Soni, Adrian Petraru, Paul Meuffels, Ondrej Vavra, Martin Ziegler, Seong Keun Kim, Doo Seok Jeong, Nikolay A. Pertsev, Hermann Kohlstedt. Nature Communications 48/2014. DOI: 10.1038/ncomms641