Исследователи из Национального университета Сингапура (National University of Singapore) и Агентства по науке, технологиям и исследованиям (Agency for Science, Technology and Research, A*STAR) разработали и изготовили образцы наноэлектронных схем, способных работать на частотах до 245 терагерц, другими словами, в десятки тысяч раз быстрее, чем работают электронные схемы современных процессоров. Эти новые схемы могут быть использованы для создания новых сверхскоростных компьютерных процессоров, в качестве высокочувствительных нанодатчиков на основе единственных молекул или для оснащения наноэлектронных устройств рядом новых возможностей.В новых наноэлектронных схемах используется процесс, называемый квантовым плазмонным туннелированием. Он заключается в реализации эффекта управляемого квантового туннелирования между двумя плазмонами, полями из колеблющихся свободных электронов, которые возникают при определенных условиях на поверхности некоторых металлов. Управление так называемыми квантово-плазмонными резонаторами, которые являются основой новых схем, осуществляется при помощи света лазера или другого внешнего источника. Сам резонатор, как видно из приведенного рисунка, состоит из двух металлических электродов, на поверхности которых формируются плазмоны, между которыми оставлен промежуток, толщиной от 0.4 до 1.3 нанометров, заполненный монослоем из молекул вещества определенного типа.
Вся «соль» данного открытия заключается именно в наполнении промежутка молекулами определенного вещества. Величина этих молекул и некоторые другие их свойства определяют ширину так называемого барьера туннелирования, аналога запрещенной зоны у полупроводников. Используя наполнение промежутка молекулами различных типов можно добиться изменения частоты резонатора в пределах от 140 до 245 терагерц, что и определяет быстродействие устройства в целом.
На основе таких квантово-плазмонных резонаторов можно создать устройства, являющиеся полными аналогами полупроводниковых транзисторов из которых состоят схемы всех современных компьютерных чипов. И сейчас исследователи продолжают свою работу в направлении интеграции резонаторов в реальные схемы, способные выполнять базовые логические функции. И после создания таких схем уже можно будет начинать работы по созданию первых вычислительных устройств или их компонентов на основе новых наноэлектронных схем.
Единственным минусом созданных наноэлектронных схем и любого другого вида наноэлектроники в настоящее время является то, что существующие методы промышленного производства полупроводниковых приборов только начинают подбираться к отметке 5 нанометров, и с их помощью просто не получится изготавливать столь малые наноэлементы с требующейся для этого точностью. Поэтому, до появления нового класса наноэлектронных устройств нам придется еще обождать какое-то, надеемся, что не очень продолжительное, время.
