Самые тонкие коммутаторы в мире имеют толщину всего два атома

Исследователи из Тель-Авивского университета, финансируемые Европейским исследовательским советом (ERC), Израильским научным фондом (ISF) и Министерством науки и технологий (MOST), разработали самую компактную в мире коммутационную технологию. По их словам, она позволяет хранить электрическую информацию в тончайших известных науке ячейках из одного из самых стабильных и инертных материалов в природе.

Недавно опубликованная в журнале Science работа стала новейшей попыткой решить настоятельную практическую задачу — найти механизм коммутации, который мог бы быть реализован в максимально компактном, быстром и дешёвом устройстве.

Современные коммутаторы, переключающиеся со скоростью около миллиона раз в секунду, состоят из крошечных кристаллов, содержащих всего около миллиона атомов (около сотни атомов в высоту, ширину и толщину).

Исследователям впервые удалось уменьшить толщину кристаллических устройств всего до двух атомов. Такая тонкая структура делает возможной память, основанную на способности электронов быстро и эффективно «перепрыгивать» барьеры толщиной всего в несколько атомов. Эти квантовые эффекты могут значительно улучшить быстродействие, плотность хранения и энергопотребление устройств электронной памяти.

В своём исследовании учёные использовали двумерный материал: гексагональные 2D-решётки из атомов бора и азота (hBN). Авторам удалось нарушить симметрию, искусственно соединив два таких слоя в параллельную конфигурацию. В природе эти слои соединяются антипараллельно, так что каждый из них развёрнут на 180 градусов относительно своих соседей.

«Созданное нами в лаборатории нарушение симметрии, которого нет в естественном кристалле, заставляет электрический заряд перераспределяться между слоями и генерировать крошечную внутреннюю электрическую поляризацию, перпендикулярную плоскости слоя, — объясняет Мааян Визнер Штерн (Maayan Wizner Stern), аспирант, руководивший этим исследованием. — Когда мы прикладываем внешнее электрическое поле в противоположном направлении, система соскальзывает вбок, чтобы переключить ориентацию поляризации. После переключения поляризация остается стабильной даже при исчезновении внешнего поля. В этом система похожа на толстые трехмерные ферроэлектрические системы, широко используемые сегодня в технике (хранения информации)».

Авторы ожидают, что помимо компьютерных устройств эта технология внесет свой вклад в детекторы, в оборудование для накопления и преобразования энергии, для взаимодействия со светом и т.д.