Nye arter af elektroner kan føre til bedre databehandling

Elektroner, der bryder reglerne og bevæger sig vinkelret på det anvendte elektriske felt, kan være nøglen til at levere næste generation, lavenergicomputere, et samarbejde mellem forskere fra University of Manchester og Massachusetts Institute of Technology har fundet.

I en forskningsartikel offentliggjort i denne uge i Videnskab , samarbejdet ledet af MITs teoriprofessor Leonid Levitov og Manchesters nobelpristager Sir Andre Geim rapporterer om et materiale, hvor elektroner bevæger sig i en kontrollerbar vinkel til anvendte felter, svarende til sejlbåde drevet diagonalt mod vinden.

Materialet er grafen – en atomtyk kyllingetråd lavet af kulstof – men med en forskel. Det omdannes til en ny såkaldt supergittertilstand ved at placere det oven på bornitrid, også kendt som "hvid grafit", og derefter at justere krystalgitrene af de to materialer. I modsætning til metallisk grafen, et grafen-supergitter opfører sig som en halvleder.

I original grafen, ladningsbærere opfører sig som masseløse neutrinoer, der bevæger sig med lysets hastighed og har elektronladningen. Selvom en fremragende dirigent, grafen tillader ikke let at tænde og slukke for strøm, som er kernen i, hvad en transistor gør.

Elektroner i grafen-supergitter er forskellige og opfører sig som neutrinoer, der erhvervede en bemærkelsesværdig masse. Dette resulterer i en ny, relativistisk adfærd, så elektroner nu kan skæve i store vinkler til anvendte felter. Effekten er enorm, som fundet i Manchester-MIT eksperimenterne.

Den rapporterede relativistiske effekt har ingen kendt analog i partikelfysik og udvider vores forståelse af, hvordan universet fungerer.

Ud over opdagelsen, det observerede fænomen kan også hjælpe med at forbedre ydeevnen af ​​grafenelektronik, gør det til en værdig ledsager til silicium.

Forskningen tyder på, at transistorer lavet af grafen-supergitter bør forbruge mindre energi end konventionelle halvledertransistorer, fordi ladningsbærere driver vinkelret på det elektriske felt, hvilket resulterer i ringe energiafledning.

Manchester-MIT-forskerne demonstrerer den første sådan transistor, som åbner et mødested for mindre strømkrævende computere.

Professor Geim kommenterer 'Det er en ret fascinerende effekt, og det rammer et meget blødt punkt i vores forståelse af kompleks, såkaldte topologiske materialer. Det er ekstremt sjældent at støde på et fænomen, der bygger bro over materialevidenskab, partikelfysik, relativitet og topologi.'

Professor Levitov tilføjer:'Det er en udbredt opfattelse, at ukonventionelle tilgange til informationsbehandling er nøglen til fremtiden for it-hardware. Denne tro har været drivkraften bag en række vigtige seneste udviklinger, især udviklingen af ​​spintronics. Den demonstrerede transistor fremhæver løftet om grafen-baserede systemer til alternative måder til informationsbehandling. '