Создан прототип энергонезависимой памяти для волитроники

Ученые из Университета штата Нью-Йорк в Буффало разработали новый метод разделения энергетических уровней электронов в двумерных полупроводниках. Это поможет в развитии волитроники – нового направления квантовой электроники. Исследование опубликовано в журнале Nature Nanotechnology.

Существует эмпирическое наблюдение, называемое Законом Мура – количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые два года. Однако, очевидно, что невозможно бесконечно уменьшать размер транзисторов и из-за физических ограничений этот закон скоро перестанет соблюдаться. Традиционная электроника основана на переносе электронов. То есть сигналы кодируются наличием или отсутствием тока. В стремлении увеличить эффективность и уменьшить тепловыделение устройств, а также сохранить соблюдение закона Мура ученые разрабатывают альтернативные направления электроники, в которых информация переносится и кодируется на основе других принципов. Самое известное из них – спинтроника, в которой информация кодируется с помощью спина электрона.

Существует гораздо менее известное и проработанное направление, называемое волитроникой (valleytronics, где valley – долина). Оно основано на использовании так называемых «долин» – минимумов разрешенной энергии электронов проводимости. В некоторых полупроводниках существует несколько таких уровней энергии, как правило два. Нахождение электрона в одной или другой «долине» соответствует нулю или единице. Одной из главных проблем волитроники является то, что уровни энергии в таких полупроводниках идентичны. Существуют методы разделения таких уровней с помощью сильного внешнего магнитного поля за счет эффекта Зеемана, однако разницу между уровнями все равно крайне сложно различить. Для того, чтобы не задействовать внешние магнитные поля и увеличить разницу между энергетическими уровнями ученые разработали новый способ разделения уровней. Они создали двухслойную структуру, состоящую из подложки из ферромагнитного сульфида европия (EuS) толщиной в десять нанометров и монослоя диселенида вольфрама (WSe₂). Поскольку подложка создает постоянное магнитное поле, энергетические уровни диселенида вольфрама постоянно разделены за счет эффекта Зеемана. Меняя намагниченность подложки с помощью внешнего поля можно управлять энергетическими уровнями в WSe₂, а также поляризацией спина электронов.

Ученые провели измерения энергетических уровней с помощью отражения света от материала. По изменению энергии отраженных фотонов измерялась разница между энергетическими уровнями. Исследователи отмечают, что их метод позволяет увеличить разницу между энергетическими уровнями в 10 раз по сравнению с предыдущими исследованиями. Поскольку после намагничивания разделение «долин» остается при отсутствии внешнего поля, ученые предполагают, что в будущем эту разработку можно будет использовать в устройствах энергонезависимой памяти в компьютерах будущего.

Разработка спинтронных устройств, также являющихся альтернативой современной электроники, продвинулась гораздо дальше. К примеру, недавно на спинтронном чипе даже запустили простую нейросеть.

Григорий Копиев