| www.ecnmag.com

Вчені навчилися управляти надпровідністю за допомогою світла

Дослідницька група з Інституту молекулярних наук (Institute for Molecular Science) японського Національного інституту природничих наук (National Institutes of Natural Sciences), очолювана професором Хіроші М. Ямамото (Prof. Hiroshi M. Yamamoto), розробила новий тип польового транзистора, що працює за рахунок ефекту надпровідності і який може бути включений або виключений за допомогою освітлення деяких елементів його структури. Дане досягнення може послужити основою для створення нових високошвидкісних перемикаючих пристроїв, високочутливих оптичних датчиків та інших пристроїв, де потрібно швидкодіюча комутація електричного струму.

Польові транзистори (Field-Effect Transistor, FET) є базовими переключающими пристроями, на основі яких створюються всі нинішні цифрові схеми, включаючи і схеми процесорів, що працюють в наших комп’ютерах і смартфонах. Вдосконалення цих транзисторів і поліпшенню їх характеристик було присвячено безліч досліджень, що проводяться за останні роки. Одним з напрямків такого вдосконалення є створення польових транзисторів, що працюють за рахунок ефекту високотемпературної надпровідності, які найкращим чином підходять для їх використання в технологіях квантових обчислень для забезпечення зв’язку "примарного" квантового світу зі світом, в якому діють закони класичної фізики.

Згадана вище дослідницька група ще в 2013 році розробила надпровідний польовий транзистор, заснований на органічному матеріалі. А нещодавно, взявши за основу результати своїх минулих досліджень, ці вчені виготовили дослідні зразки подібних польових транзисторів, які можна включити або виключити за допомогою променя світла.


This graph shows the configurations of the conventional FET (A) and the novel photo-active FET (B). Credit © Institute for Molecular Science

Цього вченим вдалося домогтися заміною електрода затвора тонкою плівкою із спеціального фотохромного матеріалу, спіропірана (spiropyran). Спіропіран - це органічна світлочутливий молекула, яка змінює внутрішньомолекулярну електричну поляризацію при висвітленні її фотонами ультрафіолетового світла.

Освітлення поверхні плівки умовного "затвора" фототранзистора потоком слабкого ультрафіолетового світла призвело до швидкого зменшення опору каналу транзистора, який через деякий час перейшов в надпровідний стан. Цей ефект пояснюється тим, що при висвітленні світлом, в шарі спіропірана за рахунок змін електричної поляризації молекул починають накопичуватися носії електричного заряду і при накопиченні їх понад певну кількість транзистор переходить в надпровідний стан. Вимикається фототранзистор трохи іншим шляхом, ніж це роблять звичайні транзистори. Для цього недостатньо лише прибрати підсвічування ультрафіолетовим світлом, для цього потрібно освітити транзистор світлом видимого діапазону, який порушить впорядковану поляризацію молекул спіропірана.

Експериментуючи з створеними зразками польових транзисторів, вчені виявили, що подібного ефекту в транзисторі можна досягти двома шляхами, як за рахунок його освітлення ультрафіолетовим світлом, так і подачею електричної напруги на керуючий електрод. Така "багаторежимна" створеного пристрою пояснюється комбінуванням властивостей двох органічних матеріалів - спіропірана і BEDT-TTF.

Результати даних досліджень можуть бути використані для введення технології "оптичного перемикання надпровідності" в область виробництва високошвидкісних переключающих електронних приладів. "Зараз потрібно близько 180 секунд для того, щоб транзистор перейшов в надпровідний стан під впливом тільки одного світу" - розповідає професор Ямамото, - "Але цим, за допомогою комплексу додаткових заходів, можна управляти набагато швидше. І ми сподіваємося, що наша робота відкриє дорогу абсолютно нового типу електронних приладів, які зможуть стати вирішенням проблеми все збільшуються вимог до потужності і швидкодії обчислювальної техніки ".
Рекомендувати цей матеріал
X




забув пароль

реєстрація

X

X

надіслати мені новий пароль