"Стены" из графена позволят создать сверхвысокоплотные электронные устройства

Тонкие полосы графена, расположенные на подложке из алмаза и никеля специальным образом, могут послужить строительным материалом для создания чипов с плотностью 100 триллионов транзисторов на квадратный сантиметр. Такой вывод был сделан учеными из Университета Райса и Политехнического университета Гонконга после проведения ряда расчетов и компьютерного моделирования. Если эта технология будет реализована, плотность упаковки элементов электронных чипов может быть увеличена до очень больших значений, при этом размеры таких сверхвысокоплотных электронных и спинтронных устройств будут также значительно уменьшены – составят они менее одного нанометра.

Расчеты проводил физик-теоретик Борис Якобсон (Boris Yakobson) из университета Райса и доцент Фенг Динг (Feng Ding) из Гонконга. Они применяли подложки из монокристаллического алмаза, на которых в некоторых местах был нанесен никель. На эти подложки химическим путем встраивались края тонких полос графена: так как область контакта была очень узка, графеновая лента сохраняла все свои уникальные физические, электрические и магнитные свойства.

Ученым удалось рассчитать теоретический предел размещения электронных компонентов, расположенных на поверхности кристалла – он составил 100 триллионов графеновых полевых транзисторов на один квадратный сантиметр площади.

Графеновая лента в один нанометр толщиной является достаточно гибкой. При этом начинают действовать «полезные» ученым законы физики. В точке перехода кристаллической решетки алмазной подложки к графеновой ленте формируется сильная молекулярная связь, благодаря которой графен поддерживается под углом 90 градусов к поверхности подложки. Совсем небольшого электрического потенциала хватит для удержания в строго вертикальном положении всей графеновой наноленты. В точках же соединения с никелем графеновая лента находится под углом в 30 градусов, а это позволит реализовывать как прямую вертикальную, так и изогнутую, дугообразную, форму графеновой ленты.

Достаточно будет расстояний в 0,7 нанометра между вертикальными графеновыми нанолентами, чтобы они сохраняли свои независимые свойства. Кроме алмаза, для выращивания подобных структур можно использовать кремний, двуокись кремния, оксид алюминия, карбид кремния.

В проводимом исследовании изучались две формы графеновых лент: зигзагообразная и арочная (в связи с видом формирования своих краев). От формы ленты зависят ее электрические свойства. Например, арочная форма ленты проявляет ярко выраженные полупроводниковые свойства, а ширина самой ленты напрямую влияет на ширину запрещенной зоны полупроводника – все это может быть использовано в создании графеновых транзисторов.

Зигзагообразная форма лент придает им свойства магнетиков, электроны атомов, которые находятся на противоположных краях ленты, вращаются в противоположные свойства, причем этим вращением можно управлять при помощи электрического тока, что открывает возможности создания на их основе спинтронных элементов.

По мнению Бориса Якобсона, практическая реализация разработанной технологии в настоящее время невероятно трудна и вряд ли реализуема на практике на современном уровне развития технологий. Но эту идею надо разрабатывать и далее, ведь ее потенциал и выгода от ее реализации являются поистине потрясающими.