Графен станет одним из инструментов для устранения уязвимости ампера

Новая объединенная инновация Национальной физической лаборатории Кембриджа способна помочь пересмотреть ампер в терминах фундаментальных физических констант.

Первый в мире графеновый одноэлектронный насос, описанный в издании Nature Nanotechnology, обеспечивает скорость потока электронов, необходимую для создания нового стандарта для электрического тока, основанного на электронном заряде.

Международная система единиц (СИ) включает семь основных единиц: метр, килограмм, секунда, кельвин, ампер, моль и кандела. В идеале эти единицы должны быть стабильными во времени и универсально восстанавливаемыми. Это требует определений на основе фундаментальных природных констант, которые всегда и везде постоянны.

Существующее определение ампера уязвимо к дрейфу и нестабильности. Этого недостаточно, чтобы соответствовать потребностям точности современных и тем более будущих электрических измерений. Ученые предположили, что ампер стоит пересмотреть в терминах электронного заряда.

Лидером в стремлении переоценить ампер является одноэлектронный насос. Такой насос создает поток отдельных электронов, перемещая их к квантовой точке и излучая их по одному за раз с четко установленным интервалом. Результаты исследования показали, как впервые был произведен и успешно описан графеновый одноэлектронный насос, и подтвердили, что его свойства чрезвычайно хорошо подходят для данного применения.

Хороший одноэлектронный насос качает ровно один электрон за раз, гарантируя точность, и делает это достаточно быстро, чтобы в итоге произвести большой поток. До сих пор разработка полезного на практике электронного насоса была скачками с двумя рысаками. Насосы с настраиваемыми барьерами используют традиционные полупроводники и обладают преимуществом в скорости, в то время как гибридные устройства используют сверхпроводимость и обладают преимуществом за счет возможности параллельного использования. Традиционным металлическим насосам дали новый шанс, изготовив их из наиболее известного суперматериала в мире графена.

Прежние металлические одноэлектронные насосы, сделанные из алюминия, весьма точны, но качают электроны слишком медленно для соответствия текущим практическим стандартам. Уникальная полуметаллическая двумерная структура графена обладает как раз необходимыми свойствами, чтобы позволить электронам быстро достигать квантовой точки, создавая достаточно быстрый поток электронов, с окологигагерцовой частотой, для формирования текущего стандарта. Ахиллова пята неметаллических насосов в медленной скорости работы была, таким образом, преодолена благодаря использованию уникальных свойств графена.

Ученым еще предстоит оптимизировать материал и провести более точные измерения, однако полученных данных уже достаточно, чтобы отметить существенный сдвиг на пути использования графена для переоценки ампера.

13.05.2013