Изследователи откриват естествен p-n преход с дебелина от едва 3,3 нанометра в квантов материал, разкривайки нови възможности за ултраминиатюрна електроника.

Учени от Университета в Чикаго и Държавния университет на Пенсилвания откриха един от най-тънките познати p-n преходи – с дебелина едва 3,3 нанометра – който се формира спонтанно в квантов материал, известен като MnBi₆Te₁₀. Това откритие е не само технологичен пробив, но и демонстрация на непредвидимите пътища, по които може да поеме фундаменталната наука.

Как квантовият материал сам създаде p-n преход

По време на проучване на електронните свойства на MnBi₆Te₁₀, изследователите използвали модерна техника – ъглово и времево разрешена фотоемисионна спектроскопия (trARPES) – за да наблюдават електроните в реално време. Те установили, че електронният заряд в структурата на кристала не е разпределен равномерно. В някои слоеве електроните се струпват, докато в други – липсват. Това води до създаването на вътрешни електрически полета – основа за формирането на полупроводникови p-n преходи.

Преходи, формирани без външна намеса

За разлика от стандартните p-n преходи, които се произвеждат чрез внимателно легиране и обработка, откритите от учените структури възникват естествено в резултат на самата атомна подредба в материала. В конкретния случай, добавянето на антимон към MnBi₆Te₁₀ води до размяна на атоми и до вътрешно презареждане, което създава миниатюрните p-n преходи.

Възможности за ново поколение електроника

Тези естествени p-n преходи показват висока чувствителност към светлина и стабилност на електронния пренос, което ги прави изключително подходящи за приложения в спинтрониката и фотониката. В допълнение, с помощта на тънки филми от материала, учените вече работят по начин за контролиране на електронното поведение с по-голяма прецизност – както за квантови изчисления, така и за свръхефективни електронни устройства.

Науката изненадва – и вдъхновява

Въпреки че първоначалната цел на проекта не е била откриване на нов полупроводников преход, резултатите от изследването показват как неочакваните научни находки могат да отворят напълно нови перспективи. Освен че допринасят за разбирането на квантовите свойства на материалите, те дават и тласък към разработката на иновативни електронни компоненти от следващо поколение.

DOI: 10.1039/D4NR04812A

Източник: Phys.org