Валлитроника на энергетических долинах кристаллов

Валлитроника на энергетических долинах кристаллов

Исследования, проведенные специалистами Университета Принстона, помогло выявить уникальное поведение электронов на поверхности кристаллов висмута. Открытие должно способствовать лучшему пониманию новой технологии, известной как «валлитроника». Термин «валлитроника» относится к так называемым энергетическим долинам, имеющим место в кристаллах, способных захватывать одиночные электроны. Эти энергетические долины потенциально могут использоваться для хранения информации, значительно улучшая возможности современных электронных устройств.

Как образуется сегнетоэлектричество?

Новое исследование электронных долин помогло определить, что электроны висмута переходят только в одну конкретную долину, а не распределяются равномерно среди шести доступных долин.

Такое поведение способствует образованию типа электричества, именуемого сегнетоэлектричеством. Сегнетоэлектрика включает разделение положительных и отрицательных зарядов на противоположные стороны материала.

Результаты исследования подтверждают недавнее предположение, что сегнетоэлектричество возникает естественным образом на поверхности висмута, когда электроны собираются в одной энергетической долине.

Электронные долины не следует рассматривать ямами кристалла в буквальном смысле. Скорее такие образования напоминают карманы с низким уровнем энергии, где электроны предпочитают «отдыхать».

Обнаружить электроны, собирающиеся в энергетической долине, учёным помог метод, сканирующей туннельной микроскопии. Технология (в простом понимании) предполагает перемещение чрезвычайно тонкой иглы назад и вперед по всей поверхности кристалла.

Технология сканирующей туннельной микроскопии применялась в условиях температур, зависящих от абсолютного нуля и при очень сильном магнитном поле (в 300 000 сильнее магнитного поля Земли).

Обнаруженное новое поведение электронов — это фактор, который можно использовать в будущих технологиях. Кристаллы состоят из высокоупорядоченных, повторяющихся единиц атомов. Строго в таком порядке фиксируется электронное поведение.

К чему приводит поведение электронов?

Поведение электронов кремния привело в своё время  к технологическому прорыву. Но для расширения возможностей исследователи пытаются изучать новые материалы.

Валлитронику пытаются применить как манипулятор электронами, с целью занимать определенные энергетические карманы.

Так, существование шести энергетических долин в структуре висмута повышает возможность распространения информации в шести разных состояниях, где присутствие или отсутствие электрона можно использовать для представления данных.

Тот факт, что электроны предпочитают группироваться в одной энергетической долине, является примером «возникновения поведения», когда электроны действуют вместе. Учёные считают, что этот фактор позволит выявить новое поведение, неизбежно возникающее между электронами в группе.


На основе информации: Princeton