Исследователи из Университета штата Нью-Йорк в Буффало во главе с Джонатаном Бёрдом создали полупроводниковое наноразмерное устройство из кристаллов арсенида галлия, после чего пропустили через него ток сравнительно высокого напряжения – количество тепла, выделяемого устройством при работе, резко выросло.
Оказалось, что перегрев вместо деградации устройства вызвал его переход в квантовое состояние, защищающее его от эффектов перегрева и, несмотря на серьёзный нагрев, превратившее разработку в надёжный канал для электрического тока.
Бёрд проводит аналогию с Ниагарским водопадом: «Вода, или энергия, поступает из внешнего источника – скажем, Великих озёр. Затем она устремляется в узкий канал (р. Ниагара) и в итоге низвергается через водопад. А внизу падающая вода рассеивает свою энергию. В отличие от водопада, рассеиваемая в микросхеме энергия затем вновь начинает циркулировать по ней в виде тепла, влияя на то, как именно тепло воздействует (или в данном случае не воздействует) на работу устройства».
На фото изображён процесс проникновения электрического тока в узкий канал, приводящий к росту тепловыделения конкретного нанотранзистора, но не вызывающий снижения проводимости квантового точечного контакта в необходимом диапазоне температур.
Электроны, создающие ток в устройстве, формируют узкую проводящую нить, идущую через нанопроводник. Используемое устройство – галлий-арсенидный квантовый точечный контакт – испытывает электрон-фононное рассеивание, последствия которого воспринимается как нагрев.
Когда на квантовый точечный контакт (КТК) подают наносекундные импульсы тока, возникает экстремально мощное электрон-фононное рассеивание, которое, в свою очередь, вызывает притяжение между электронами в КТК, через который идёт ток. Таким образом, электроны спонтанно образуют узкую нить, где идёт ток, несмотря на нагрев, а электронные состояния полупроводника, ответственные за транспорт электронов, ренормализуются.
Сопротивление в проведённом эксперименте перестало зависеть от нагрева и в широком спектре напряжений оставалось сравнительно постоянным, причём для температур от 4,2 до 300 К.
Исследователи полагают, что дальнейшая разработка этого направления поможет создать наноэлектронику, устойчивую к паразитному тепловыделению.
Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Nanotechnology.
Комментарии