Физики создали плазмонный графеновый чип

Схема нового устройства
Схема нового устройства

Физики из Массачусетского технологического института создали электронную схему, которая позволяет управлять плазмонными волнами с помощью комбинации графена и ферроэлектрических материалов. Эксперименты ученых показали принципиальную возможность создания вычислительных устройств с очень высокими рабочими частотами и при этом имеющих еще большую степень миниатюризации, чем современные компьютерные чипы. Детали приведены в статье Applied Physics Letters, а краткий пересказ можно найти на официальном сайте MIT.

Фундаментальный принцип работы устройства основан на использовании плазмонов: псевдочастиц, которыми физики описывают поведение плазмы. Под плазмой в контексте данной работы понимается не раскаленный ионизированный газ, а рассредоточенные в графене носители заряда, которые достаточно точно можно описать как совокупность заряженных частиц электронного газа. В этом электронном газе, в свою очередь, возникают колебания, которые несут определенную энергию. Энергия колебаний в полном соответствии с законами квантовой механики квантуется и именно квант таких колебаний называют плазмоном.

Плазмоны играют важную роль в физике твердого тела, так как позволяют, например, предсказать и рассчитать оптические свойства веществ. Но группу исследователей из MIT заинтересовало не это, а возможность управления плазмонами, то есть возможность направлять плазмонные волны в нужное место. Такое управление важно не только потому, что оно лишний раз подвергнет проверке теоретические модели, но еще и потому, что плазмонные волны могут иметь намного большую частоту, чем электромагнитные колебания в используемой сегодня электронной технике. Если типичный центральный процессор работает на частотах от сотен мегагерц до нескольких гигагерц, то плазмонные волны в опытах ученых показали принципиальную возможность достижения отметки в несколько терагерц, несколько тысяч гигагерц.

Как сообщают исследователи, они смогли управлять плазмонами за счет комбинации двух материалов, графена и ферроэлектриков. Графен представляет собой плоский лист толщиной в один атом углерода, а ферроэлектриками или сегнетоэлектриками называются вещества, способные электризовываться под действием электрического поля и сохранять заряд после того, как внешнее поле снято. Разместив графеновый лист между двумя пластинками ниобата лития физики смогли направить плазмонные волны в требуемом направлении после того, как сформировали из заряженных участков ферроэлектрика границы волновода.

Опыты показали, что между такими волноводами расстояние может быть не больше 20 нанометров и при этом плазмонные колебания не будут искажать друг друга. Исследователи считают, что их работа открывает путь хоть и не к промышленной реализации метода, то как минимум к продолжению экспериментов с графеном и ферроэлектриками. Одним из возможных приложений ученые называют оптоэлектронные устройства, в которых свет вызывает плазмонные колебания: предварительные оценки говорят в пользу того, что они будут намного более компактны, чем современные преобразователи такого рода. Кроме того, разработка может помочь в создании быстрых систем записи и считывания информации из ферроэлектрических запоминающих устройств: теоретически скорость работы может превысить текущие показатели в тысячи раз.

Обсудить
Наука и техника

Разумная роскошь

Больше не нужно выбирать между красотой и функциональностью
Шпион, разлогинься
Мировые корпорации породили свои ЦРУ и КГБ, но проиграли интернету
Смерть в песках
Зачем богатейшие страны мира устроили кровавую мясорубку в нищем Йемене
«Мне довелось убивать русских»
Жажда крови, шепот смерти и грязная работа головорезов в Сирии
Пиво и сигареты
Тайная жизнь Северной Кореи
Белая смерть
Кто стоит за самой кровавой стрельбой в истории Америки
Редкие машины, которые вытащили с того света
Автомобили, возрожденные из пепла
Машины против всех
Автомобили против снегоходов, лошадей и других неожиданных противников
Автомобили против поездов
Как машины отняли хлеб у железных дорог в США
Автобусы-трансформеры
«Икарусы» с трапом, гармошкой и колесами на любой вкус
Братва помнит
Чем украшают могилы криминальных авторитетов
Безмолвие смерти
Жуткие фото городов-призраков
Интим предлагать
Секс стал способом решения квартирного вопроса
«Мы — не дойные коровы»
Почему москвичкам не стоит жить с приезжими