世界上最薄的电子设备只有两个原子厚

世界上最薄的电子设备只有两个原子厚

科学家们开发了世界上最薄的技术,这是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 100 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。

“在其自然的 3D 状态下,这种材料(晶体)由大量相互叠加的层组成,每一层相对于其相邻层旋转 180 度,”Moshe Ben Shalom,一位物理学家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,我们能够在没有旋转的情况下以平行配置人为地堆叠这些层,尽管它们之间存在强大的排斥力(由相同的电荷引起),但假设它们将相同类型的原子完美重叠。”

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,这两层并不是完全对齐的,而是更喜欢彼此稍微偏离中心滑动,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,可以反转极化——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。

在整个 20 世纪末和 21 世纪初的计算兴起过程中,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)将改进当今的电子设备,此外,还允许在未来的设备中使用其他原始方式控制信息。” ,在声明中说。

研究人员于 6 月 25 日在《科学》杂志上发表了他们的发现。

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