Nano Letters: Валлитроника открывает новые возможности обработки данных

Транспорт электронов в двухслойном графене демонстрирует ярко выраженную зависимость от краевых состояний и нелокальный механизм переноса, говорится в недавнем исследовании.

Научные изыскания провели профессор Гиль-Хо Ли и кандидат наук Хён-Ву Чонг с кафедры физики POSTECH в сотрудничестве с доктором Кенджи Ватанабе и доктором Такаши Танигучи из Национального института материаловедения Японии (NIMS). Результаты исследования опубликованы в международном журнале по нанотехнологиям Nano Letters.

Двухслойный графен, состоящий из двух вертикально уложенных графеновых слоев, может использовать внешние электрические поля для изменения своего электронного зазора — свойства, необходимого для переноса электронов. Эта отличительная особенность привлекла значительное внимание в связи с ее перспективной ролью в «долинной электронике» — новой парадигме обработки данных следующего поколения. Используя „долину“ — квантовое состояние в энергетической структуре электрона, которое функционирует как дискретная единица хранения данных, — долинная электроника, или валлитроника, позволяет быстрее и эффективнее обрабатывать данные, чем обычная электроника или спинтроника. Благодаря настраиваемому зазору бислойный графен является основополагающей платформой для передовых исследований в области валлитроники и инновационных устройств.

Центральным понятием валлитроники является «долинный эффект Холла», который описывает, как поток электронов избирательно направляется через дискретные энергетические состояния — известные как „долины“ — в данном материале. В результате возникает удивительное явление, называемое „нелокальным сопротивлением“, которое вносит измеримое сопротивление в области, где отсутствует прямой ток — даже при отсутствии проводящих путей.

Хотя в современной литературе нелокальное сопротивление рассматривается как окончательное доказательство долинного эффекта Холла, некоторые исследователи полагают, что примеси на краях устройств или внешние факторы, такие как производственные процессы, также могут вызывать наблюдаемые сигналы, оставляя спор о происхождении долинного эффекта Холла нерешенным.

Чтобы окончательно установить источник нелокального сопротивления в бислойном графене, совместная исследовательская группа POSCO-NIMS изготовила графеновое устройство с двумя затворами, что позволило точно контролировать зазор. Затем они сравнили электрические характеристики нетронутых графеновых граней естественного происхождения с теми, которые были искусственно обработаны с помощью реактивного ионного травления.

Результаты показали, что нелокальное сопротивление в естественно сформированных гранях соответствует теоретическим ожиданиям, в то время как обработанные травлением грани демонстрируют нелокальное сопротивление, превышающее эти значения на два порядка величины. Это несоответствие указывает на то, что процедура травления вводит посторонние проводящие пути, не связанные с долинным эффектом Холла, объясняя тем самым, почему в предыдущих измерениях бислойного графена наблюдалось уменьшение полосовой щели.

Процесс травления, являющийся жизненно важным этапом при изготовлении устройств, не получил достаточного внимания, особенно в отношении его влияния на нелокальный транспорт, — прокомментировал Хён-Ву Чон, первый автор статьи.

Наши результаты подчеркивают необходимость пересмотреть эти соображения и предлагают важные идеи для развития дизайна и разработки устройств валлитроники.

Ранее ученые сообщили о новых вохможностях управления двухслойным графеном с помощью электрического поля.

На фото: снимки и схема травления краев бислойного графенового устройства, до и после процесса. Источник: POSTECH

10.01.2025