Ученые из США и Германии разработали наноматериал, на базе которого можно будет создавать элементы микросхем размером всего два нанометра - примерно в 20 раз меньше, чем позволяют современные технологии, а в перспективе с помощью этого материала можно будет создавать элементы квантовых компьютеров, говорится в статье, опубликованной авторами разработки в журнале Science.

Наноматериал состоит из тонкой пленки алюмината лантана (LaAlO3) всего 1,2 нанометра толщиной, выращенной на поверхности титаната стронция (SrTiO3). Оба этих вещества являются диэлектриками и не проводят электрический ток, однако если к наноматериалу на их основе приложить напряжение, граница раздела между двумя веществами становится электропроводной, а при очень низких температурах - сверхпроводящей и, вероятно, магнитной.

Этот металлический тип проводимости можно "включить" и, что наиболее важно, "выключить" приложив напряжение. Если напряжение прикладывать с помощью иглы атомно-силового микроскопа, имеющей толщину кончика в несколько атомов, то можно "сложить" из проводящих и непроводящих участков полевые транзисторы - основной логический элемент современных микропроцессоров и запоминающих устройств. При этом такие транзисторы по размерам будут сопоставимые с атомами.

Ведущему автору исследования Джереми Леви (Jeremy Levy) и его коллегам из США и Германии удалось создать транзисторы размером всего 2 нанометра, тогда как в самых современных кремниевых процессорах этот размер составляет 45 нанометров, что близко к предельным возможностям кремниевой микроэлектроники.

Еще одним достоинством разработки является то, что при повторном приложении электрического напряжения к уже созданной электрической схем ее можно полностью перестроить, создав новые электропроводящие участки, и убрав проводимость там, где должен находиться диэлектрик.

Кроме того, размеры компонентов таких наноэлектрических схем таковы, что позволяют проявиться их фундаментальным квантовомеханическим качествам. Например, в таких материалах можно наблюдать и контролировать так называемое квантовое туннелирование электронов, когда электроны проходят беспрепятственно из одной точки пространства в другую через участки, где их нахождение запрещено законами физики. Вероятно, эти явления можно будет использовать для квантовых расчетов новых материалов или для создания элементов квантовых компьютеров.

Природа такого необычайного поведения границы раздела двух оксидных фаз до сих пор окончательно не установлена, однако считается, что к появлению свободных носителей заряда в тонком разделяющем слое причастно явление так называемой полярной катастрофы, возникающее из за полярной природы кристаллической решетки алюмината лантана, вытесняющей электроны в область титаната стронция. В результате на границе раздела фаз скапливается большое количество свободных электронов, образующих так называемый двумерный электронный газ, обеспечивающий прохождение электрического тока.

Авторы публикации уверены, что по мере развития представлений о структуре и свойствах гораздо более сложно устроенных оксидных материалов количество областей применения подобных материалов значительно расширится.