Современная электроника теряет значительную долю энергии в виде тепла из-за хаотичного движения электронов. Специалисты из Мичиганского университета совершили важный научный прорыв, разработав принципиально новый переключатель. Новинка демонстрирует производительность, соответствующую лучшим образцам традиционного оборудования, но при этом отличается крайне низким уровнем потребления энергии, пишет Phys.org.
Применяя новейшие достижения нанотехнологий, инженеры воплотили давнюю концепцию: созданный ими прибор функционирует на основе экситонов — уникальных частиц, образующихся из связанных пар электронов и «дырок» (мест отсутствия электронов), что делает их нейтральными по отношению к заряду. Такой подход заменяет классические методы управления током на уровне отдельных электронов.
Конструкция нового оптоэкситонного (NEO) прибора включает тонкий слой диселенида вольфрама (WSe₂), расположенный на вершине миниатюрного конического выступа из диоксида кремния (SiO₂). Устройство показало беспрецедентное уменьшение рассеивания тепловой энергии на целых 66%. Коэффициент усиления сигнала составляет около 19 децибел при стандартной комнатной температуре, что вполне сопоставимо с показателями лидирующих решений на рынке электроники.
Электроны сталкиваются с сопротивлением материала, двигаясь по проводящим материалам, и значительная доля энергии теряется в виде выделяемого тепла. Именно эта потеря энергии приводит к перегреву бытовых приборов, смартфонов и компьютерной техники. Поскольку экситоны лишены электрического заряда, они практически исключают потерю энергии и обеспечивают высокую экономичность устройств. Вместе с тем контроль над такими частицами остается сложной задачей, так как отсутствие заряда осложняет целенаправленное управление и дистанционную транспортировку экситонов, что важно для практического применения, например, в переключательных элементах.
Предложенная инженерами система решает многолетние проблемы неэффективного взаимодействия между различными видами экситонов, позволяя увеличить скорость передвижения всей массы экситонов почти в четыре раза по сравнению с популярными экситонными проводниками. За счет взаимодействия экситонов со светом формируется сильная оптоэкситонная сила, создающая эффективный энергетический барьер. Он способен остановить движение экситонов и обеспечить возврат к начальному состоянию.
Прибор NEO контролирует траекторию движения экситонов с помощью уникальной наноконструкции, выполненной в форме конических гребней. Такая структура выступает своего рода волноводом, четко определяющим путь следования экситонов. Полученные результаты показывают, насколько важна грамотно спроектированная архитектура для оптимизации и контроля процессов переноса экситонов. Это открывает широкие перспективы для развития следующего поколения экситонной техники, способной соединить лучшие черты электроники и фотоники.
Ранее ученые создали детектор, который сможет обнаружить темную материю.