Баллистический транзистор играет электронами в атомный бильярд
В погоне за скоростью компьютеров учёные часто направляют усилия на совершенствование базового кирпичика точной техники – транзистора. Как правило, их разработки – это улучшение прежних устройств.
Но с появлением транзистора нового типа в сфере высоких технологий скоро может произойти настоящая революция.
Специалисты из университета Рочестера (University of Rochester) объявили о создании баллистического транзистора — устройства, которое должно стать прибором нового поколения.
По словам участника разработки Квентина Дайдука (Quentin Diduck), благодаря нововведению для компьютерной техники станут доступны скорости, измеряемые терагерцами.
Как говорит учёный, предыдущие разработки предлагали различные модификации дизайна уже существовавших моделей, но на этот раз было предложено нечто принципиально новое.
В основе прибора – полупроводниковый материал, в котором электроны находятся в состоянии двумерного электронного газа. Внутри этого полупроводника электроны в таком состоянии движутся без столкновений с атомами примесей, которые могли бы ухудшить работу транзистора.
Модель баллистического транзистора.
В зависимости от приложенного поля электрон (обозначен на схеме жёлтым шариком) будет двигаться к одному или к другому выводу, и на выходе будет получаться сигнал «1» или «0» (иллюстрация с сайта rochester.edu).
Принцип действия баллистического транзистора (точнее он называется баллистический транзистор с отклоняющим полем — ballistic deflection transistor, BDT) основан на отклонении электрическим полем отдельных электронов, которые перемещаются, по словам разработчиков, «будто бы в атомном бильярде».
Кроме того, как говорят создатели, преимущество BDT по сравнению с обычным транзистором в том, что нет надобности управлять электронами «грубой силой» – достаточно подтолкнуть их «на входе» в нужную сторону, а дальше они будут «бесплатно» перемещаться «за счёт инерции» в требуемом направлении.
Здесь первоначально движение электрона происходит по прямой линии и отклоняется в одну или в другую сторону приложенным полем. Затем он движется в одном из двух направлений: в одном случае «на выходе» будет сигнал, условно принятый за «0», в другом – за «1».
Как это происходит, вы можете посмотреть в видеоролике (файл WMV; 3,14 мегабайта).
На снимке некоторые из исследователей, работающих над BDT: Мартин Маргала (Martin Margala), Йонатан Шапир (Yonathan Shapir), Пол Ампаду (Paul Ampadu) и Марк Фельдман (Marc Feldman) (фото с сайта rochester.edu).
Предложенный вариант устройства должен выделять существенно меньше тепла и работать намного быстрее. Ведь в нём происходит непрерывный поток электронов, которые не останавливаются, как это происходит в обычных давно существующих транзисторах, ведь в них именно на это тратится очень много энергии.
Так что вдобавок ко всему можно сказать, что движение электронов в BDT будет если и не совсем бесплатным, то уж точно очень дешёвым.
Более того, повышение температуры не только создаёт проблемы, связанные с безопасностью техники, но и изменяет вольт-амперные характеристики полупроводниковых материалов. При создании приборов на основе полупроводников их разработчикам постоянно приходилось учитывать этот факт, но теперь, похоже, это будет уже не такой значительной трудностью.
BDT — достаточно современное устройство, и для его создания требуются передовые нанотехнологии, которые были недоступны ещё несколько лет назад. Но пока что разработка очень далека от промышленного внедрения, хотя она, безусловно, представляется чрезвычайно полезной и перспективной.
Именно по этой причине исследовательская группа, занимающаяся BDT, получила грант от американского Национального научного фонда США (National Science Foundation) на сумму в $1,1 миллиона.
Пора на пенсию? Пора играть в бильярд!
