В СГУ нашли способ проводить сверхсильные токи в наноустройствах без плавления

САРАТОВ, 16 декабря. /ТАСС/. Физики Саратовского государственного университета имени Н. Г. Чернышевского выяснили, как в наноразмерных устройствах можно пропускать колоссальные токи и при этом не доводить металл до расплавления. Это открывает перспективы для создания более мощных и стабильных элементов наноэлектроники, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.

По словам ученых, современная нано- и терагерцовая электроника упирается не столько в квантовые ограничения, сколько в проблему перегрева: при высоких плотностях тока элементы быстро разрушаются. Физики СГУ провели расчет "безопасного режима" работы будущих устройств, показав при каких размерах наноструктур, материалах и условиях теплоотвода можно пропускать экстремально большие токи и при этом не доводить электроды до плавления.

"При обычных плотностях тока катод в таких устройствах быстро плавится. Однако расчеты саратовских исследователей показали, что при оптимальном подборе размеров и эффективном охлаждении структура нагревается лишь до около 2 000 К - почти как на поверхности звезды - и при этом сохраняет устойчивость", - отмечается в сообщении.

Полученные результаты имеют важное значение для развития терагерцовой электроники, вакуумных и полевых источников электронов, а также наноэлектронных компонентов, где традиционные термокатоды уже неэффективны. Работа показывает, что полевые и автокатоды могут быть значительно мощнее и долговечнее существующих решений, если правильно управлять тепловым балансом.

Как пояснил профессор кафедры радиоэлектроники и электродинамики СГУ Михаил Давидович, ключевыми факторами являются идеально гладкие поверхности, малые размеры электродов (менее микрометра) и быстрый отвод тепла. Понижение температуры, по словам исследователей, существенно повышает стабильность наноструктур. "Если применить сверхпроводящие электроды, нагрев исчезает вовсе. При температуре жидкого гелия полностью решается проблема теплоотвода", - отметил он.

Таким образом, исследование позволяет понять фундаментальный предел мощности наноэлектронных устройств. В настоящее время коллектив работает над моделированием квазипериодических сверхпроводящих структур, где ток и тепло уравновешены. Исследование выполнено при поддержке Минобрнауки России в рамках госзадания и соответствует стратегическим направлениям программы "Приоритет-2030". Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.