世界上最薄的电子器件有2个原子厚,该装置由什么组成 有什么作用
科学家们开发了世界上最薄的技术,一种只有两个原子厚的微型设备,可用于存储电子信息。
该装置由两层组成,一层由硼组成,另一层由氮组成,以重复的六边形结构排列。通过利用称为量子隧穿的奇怪量子力学效应,来自硼和氮原子的电子能够穿过两层之间的间隙,改变设备的状态并允许其编码数字信息。
这类似于当前最先进的计算设备的工作方式。计算机的心脏包含许多微小的晶体,每个晶体由大约一百万个原子组成,堆叠在多个 100 原子层中。通过使电子穿过层间的间隙,计算机能够在构成数字信息基本单位比特的两种二进制状态(0 和 1)之间切换。
“在自然的三维状态下,这种材料(晶体)由大量相互叠加的层组成,每一层都相对于相邻层旋转 180 度,”物理学家 Moshe Ben Shalom特拉维夫大学和开发新技术的研究的合著者在一份声明中说。“在实验室中,我们能够人工将这些层堆叠成没有旋转的平行结构,这假设将同类原子完全重叠,尽管它们之间有很强的排斥力(由它们相同的电荷产生)。”
量子隧穿使粒子——在这种情况下是电子——能够穿过看似不可逾越的障碍。这是因为在量子物理学中,粒子同时以波和粒子的形式存在;这些波是给定空间中存在的粒子的投影概率。就像波浪在海上撞击腹股沟会导致较小的波浪传播到另一侧一样,作为波浪存在的粒子也有一定的概率存在于屏障的另一侧。
正是这种能力允许电子在设备的硼层和氮层之间跳跃。
实际上,该团队表示,这两层并不完全对齐,而是更喜欢彼此稍微偏离中心,以便每一层的相反电荷重叠。这导致自由电子(带负电)向一层移动,带正电的原子核移动到另一层,在设备内部产生少量电子极化——一侧带正电,另一侧带负电。通过调整一层与另一层的关系,可以逆转极化——将设备从一种二元状态改变为另一种,并随之存储信息。
通过将技术的尺寸缩小到只有两层原子,研究人员可以加速电子运动。更快的电子运动可以使未来的设备更快、密度更小、更节能。
纵观 20 世纪末和 21 世纪初计算的兴起,摩尔定律描述了计算机处理能力的增长,该定律表明,可以安装在芯片上的晶体管数量每两年翻一番,同时性能也随之提高。但随着芯片制造商在晶体管的体积上达到基本物理极限,这种趋势正在放缓。研究人员希望基于新设备设计的电子芯片可以改变这种放缓。
主要作者、特拉维夫大学博士生 Maayan Vizner Stern 表示:“我们希望通过滑动实现的小型化和翻转(设备的极化)将改善当今的电子设备,此外,还允许在未来的设备中采用其他原始方式控制信息。”
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