Фізики навчилися управляти надпровідність за допомогою світла

Дослідницька група з Інституту молекулярних наук (Institute for Molecular Science) японського Національного інституту природничих наук (National Institutes of Natural Sciences), очолювана професором Хіроші М. Ямамото (Prof. Hiroshi M. Yamamoto), розробила новий тип польового транзистора, що працює за рахунок ефекту надпровідності і який може бути включений або виключений за допомогою освітлення деяких елементів його структури. Це досягнення може послужити основою для створення нових високошвидкісних перемикаючих пристроїв, високочутливих оптичних датчиків і інших пристроїв, де потрібно швидкодіюча комутація протікає електричного струму.

Нагадаємо нашим читачам, що

польові транзистори (Field-Effect Transistor, FET) є базовими перемикаючими пристроями, на основі яких створюються всі нинішні цифрові схеми, включаючи і схеми процесорів, що працюють в наших комп’ютерах і смартфонах.

Вдосконалення цих транзисторів і поліпшення їх характеристик було присвячено безліч досліджень, проведених за останні роки. Одним із напрямів такого вдосконалення є створення польових транзисторів, що працюють за рахунок ефекту високотемпературної надпровідності, які найкращим чином підходять для їх використання в технологіях квантових обчислень для забезпечення зв’язку «примарного» квантового світу з світом, в якому діють закони класичної фізики.

Згадана вище дослідницька група ще в 2013 році розробила надпровідний польовий транзистор, заснований на органічному надпровідному матеріалі, що має неудобочитаєме і неудобопроизносимое назва k-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br (k-Br). А нещодавно, взявши за основу результати своїх попередніх досліджень, ці вчені виготовили досвідчені зразки подібних польових транзисторів, які можна увімкнути або вимкнути за допомогою променя світла.

Рис.1.

Цього ученим вдалося добитися заміною електрода затвора тонкою плівкою з спеціального фотохромного матеріалу, спиропирана (spiropyran).

Спиропиран – це органічна світлочутлива молекула, яка змінює внутримолекулярную електричну поляризацію при освітленні її фотони ультрафіолетового світла.

Освітлення поверхні плівки умовного «затвора» фототранзистора потоком слабкого ультрафіолетового світла призвело до швидкого зменшення опору каналу транзистора, який через деякий час перейшов в надпровідний стан. Цей ефект пояснюється тим, що при освітленні світлом, в шарі спиропирана за рахунок змін електричної поляризації молекул починають накопичуватися особливі носії електричного заряду і при накопиченні їх понад певної кількості транзистор переходить в надпровідний стан. Вимикається фототранзистор дещо іншим шляхом, ніж це роблять звичайні транзистори. Для цього недостатньо лише прибрати підсвітку ультрафіолетовим світлом, для цього потрібно освітити транзистор світлом видимого діапазону, який порушить упорядковану поляризацію молекул спиропирана.

Експериментуючи з створеними зразками польових транзисторів, вчені виявили, що подібного ефекту в транзисторі можна домогтися двома шляхами, як за рахунок його освітлення ультрафіолетовим світлом, так і подачею електричного напруги на керуючий електрод.

Така «многорежимность» створеного пристрою пояснюється комбінуванням властивостей двох органічних матеріалів – спиропирана і BEDT-TTF.

Результати даних досліджень можуть бути використані для запровадження технології оптичного перемикання надпровідності» в область виробництва високошвидкісних перемикаючих електронних приладів.

«Зараз потрібно близько 180 секунд для того, щоб транзистор перейшов в надпровідний стан під впливом тільки одного світу» – розповідає професор Ямамото, – «Але цим, за допомогою комплексу додаткових заходів, можна управляти набагато швидше. І ми сподіваємося, що наша робота відкриє дорогу абсолютно нового типу електронних приладів, які зможуть стати вирішенням проблеми все зростаючих вимог до потужності і швидкодії обчислювальної техніки».

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *