02.08.2013 | Наука

Физики поймали рекордное переключение электрической цепи

Учёные из Национальной ускорительной лаборатории SLAC измерили время, которое потребовалось для переключения электрической цепи в магнетите — минерале с природными магнитными свойствами.

Как выяснилось, это процесс занимает всего одну триллионную долю секунды, а это в тысячу раз быстрее, чем на самых современных транзисторах.

"Это исследование определило лимит скорости переключения электрической цепи в данном материале", — поясняет ведущий автор исследования Роопали Кукреджа (Roopali Kukreja) из Стэнфордского университета.

В ходе эксперимента учёные использовали рентгеновский лазер на свободных электронах LCLS. Для начала учёные направили на образец магнетита луч лазера видимого света, который изменил электронную структуру материала на атомном уровне.

После этого минерал "подсветили" ультракороткой вспышкой рентгеновского излучения, вследствие чего физики смогли впервые изучить структурные и временные изменения в образце, вызванные первым лучом лазера.

Оказалось, что внутри материала образуются непроводящие "островки", окружённые проводящими областями. Эти островки изоляции, которые не проводят электрический ток, образованы "тримеронами". Тримероны представляют собой пирамидки из трёх атомов железа, которые "запирают" электрический заряд внутри себя. То, что они существуют, учёные выяснили лишь недавно — в 2012 году.

Реструктуризация (а значит, и переход из непроводящего состояния в проводящее) началась всего через пару сотен квадриллионных долей секунды после того, как на минерал направили луч лазера.

Исследователи несколько раз меняли периодичность рентгеновских вспышек, чтобы в точности измерить, сколько времени потребовалось материалу для изменения состояния.

Статья физиков из Стэнфорда, которая вышла в журнале Nature Materials, описывает, как два состояния проводимости и непроводимости могут сосуществовать в одном материале одновременно. По словам авторов, их работа может лечь в основу технологий будущего, необходимых для создания транзисторов нового поколения.

Впрочем, у этой технологии есть и свои недостатки, препятствующие немедленному её внедрению на рынок. Магнетит должен быть охлаждён до -190 °С, чтобы электрические заряды могли идти верным путём.

"Мы надеемся найти материал с похожими свойствами, который будет работать при комнатной температуре", — рассказывает Кукреджа в пресс-релизе.

К слову, они уже начали следующий этап своего исследования, главной целью которого является поиск материалов, работающих также эффективно при более высоких температурах. Теперь вместо магнетита в ход идут гибридные материалы. Успех уже есть, но до комнатных температур дело пока не дошло.

Главный постановщик эксперимента Герман Дюрр (Hermann Dürr) заявил, что полупроводники, используемые для производства современной электроники, безнадёжно устарели, и мир давно нуждается в куда более быстрых и компактных компьютерах.

ВестиRu