Главная » Новости Проекта

Быстрые компьютеры белой массы

20 июня 2009 Нет комментариев

bi2te31В ближайшем будущем в мире могут появиться компьютеры, работающие в тысячи раз быстрее нынешних. Совместные исследования китайских и американских ученых показали, что теллурид висмута обладает прекрасными свойствами, используя которые, можно получить новые более скоростные процессоры.

Современные электронные устройства, как известно, основаны на движении и собирании электронов для работы с информацией. Новой ступенью развития вычислительной техники должно стать повсеместное применение так называемых топологических изоляторов (спинтроников), где передача информации основана на использовании внутреннего момента вращения электрона, спина.

В областях, близких к поверхностям спинтроников, электроны перемещаются практически без сопротивления. Это происходит за счет квантового спинового эффекта Холла, а направление движения тока определяется направлением спина у электронов. Таким образом, при меньших затратах энергии можно добиваться большей эффективности движения электронов, чем в современных электронных устройствах.

Эффект Холла
явление возникновения поперечной разности потенциалов при помещении проводника с постоянным током в магнитное поле.
Квантовый спиновый эффект Холла впервые был экспериментально обнаружен в тонких полупроводниковых пленках и выражается в дискретности проводимости и в появлении на боковых гранях образца спин-поляризованных электронов даже в отсутствие магнитного поля.

Одной из проблем, препятствующей началу повсеместного использования спинтроников, является то, что для создания спинтронного устройства вещество должно сохранять магнитные свойства электронов при комнатной температуре. Тестируемые же полупроводники в большинстве своем обладали свойствами спинтроников при температуре порядка -200 градусов по Цельсию – температуре, недостижимой при создании вычислительных машин.

Но оказалось, что сплав теллура и висмута (Bi2Te3) проявляет свойства спинтроника и при комнатной температуре.

Соответствующее предсказание сделал в своей теоретической работе сотрудник Стэнфордского университета Шоучен Чжан. Его коллеги Юлинь Чень, Чжи-Сунь Шень, а также ряд китайских и американских ученых провели комплексное экспериментальное исследование теллурида висмута и в целом подтвердили самые благоприятные прогнозы своего коллеги-теоретика. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

arpes1

Схема фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением. После попадания на вещество фотона (photon), выделяются фотоэлектроны (electron), для которых можно померить ряд параметров, из которых следуют свойства образца исследуемого вещества // lbl.gov

В ходе эксперимента авторы проводили исследование теллурида висмута методом фотоэлектронной спектроскопии с угловым разрешением. Для анализа электронной структуры вещества на образец направляется поток фотонов, и при обработке спектра вылетевших фотоэлектронов можно получить информацию о структуре вещества.

«Теоретические работы были очень близки к экспериментальным результатам, – сообщил руководитель проекта Юлинь Чень. –

Но действительность превзошла все ожидания».

Он сообщил, что результаты работы подтверждают: теллурид висмута сохраняет свойства спинтроника при более высоких температурах, чем было предсказано теоретически. «Это значит, что данный материал начнет применяться в производстве гораздо быстрее, чем мы поначалу думали», – заявил Чень.

Одним из плюсов этого материала является его простота в производстве при нынешнем развитии изготовления трехмерных полупроводников. Отсюда следует, что не за горами то время, когда основу компьютера будут составлять быстрые процессоры из теллурида висмута, а современные процессоры постепенно отойдут в прошлое.