Исследователи картировали квазибаллистические перемещения электронов в графене.
Физики из Университета Канзаса использовали сверхбыстрые лазеры, чтобы наблюдать перемещение электронов в графене. Двумерный материал позволяет частицам двигаться «свободно», практически не испытывая столкновение с другими частицами. Результаты анализа важны для управления электронами в полупроводниках в будущих поколениях электроники.
Как правило, движение электронов в твердых телах прерывается столкновениями с другими частицами, объясняют исследователи. Эти столкновения происходят от 10 до 100 млрд раз в секунду и замедляют движение отрицательно заряженных частиц, вызывая потерю энергии и выделение тепла. Движение, при котором электрон не испытывает столкновений и движется свободно, физики назвали квазибаллистическим.
В графене из-за особенностей материала такие столкновения случаются гораздо реже, а движение электрона приближено к «свободному». Физики заставили электроны двигаться в графене, придав им дополнительную энергию с помощью лазера. Но электрон был подвижен лишь примерно одну триллионную долю секунды, что чрезвычайно затрудняет наблюдение за эффектами. Когда электрон «высвобождается» из щели в графеновом слое, оставшаяся положительно заряженная «дырка» тянет отрицательно заряженную частицу обратно.
Чтобы решить эту проблему, физики создали четырехслойную структуру с двумя слоями графена, разделенными другими однослойными материалами — дисульфидом молибдена и диселенидом молибдена. Электроны направляли в одном слое графена, а «дырки» оставались в другом.
Разделение их (электронов, прим. «Хайтек») двумя слоями молекул общей толщиной всего 1,5 нм заставляет электроны оставаться подвижными в течение примерно 50 триллионных долей секунды, что достаточно для исследователей, оснащенных лазерами со скоростью 0,1 триллионной доли секунды, чтобы изучить, как они движутся.
Райан Скотт, соавтор исследования
В среднем электроны двигались квазибаллистичеси в течение примерно 20 триллионных долей секунды со скоростью 22 км/с. После этого как правило частицы во что-то врезались. Исследователи отмечают, что наблюдение за движением частиц носит не только теоретический, но и практический характер. Использование квазибаллистического движения в электронике может сделать устройства быстрее, мощнее и энергоэффективнее.
Читать далее:
Рядом с Землей нашли теплую планету, где год длится 22 дня
10 триллионов кадров в секунду: посмотрите, как ютуберы засняли скорость света
Странный объект, запертый между Сатурном и Ураном, меняется прямо сейчас
На обложке: лазерная экспериментальная установка. Фото: KU Marketing Communications