Physical Review Letters: Ученые подобрались ближе к искоренению наношума

Благодаря наноразмерным устройствам исследователи могут создавать материалы с новыми свойствами. Это позволит производить более компактную, быструю и энергоэффективную электронику.

Исследователи из Технологического университета Чалмерса (Швеция) сделали шаг к созданию такой электроники. Они выяснили, как уменьшить шум в наноэлектронике, чтобы использовать весь потенциал нанотехнологий.

Нанотехнологии вызывают интерес в таких отраслях, как связь и производство энергии. На наноуровне частицы подчиняются квантово-механическим законам. Используя эти свойства, можно создавать новые материалы.

Джанин Сплеттстоссер, профессор прикладной квантовой физики в Чалмерсе, говорит, что сегодня мы видим значительное влияние нанотехнологий. Наноматериалы делают производство энергии более эффективным, а наноразмерные устройства позволяют создавать более быстрые технологии.

Устройства меньше человеческой клетки открывают новые электронные и термоэлектрические свойства

Исследователи используют наноразмерные устройства для управления зарядами и токами энергии на уровне одного электрона. Эти системы размером меньше человеческой клетки могут выполнять определённые задачи, используя квантово-механические свойства, подобно «крошечным двигателям».

По словам Людовико Тессера, аспиранта кафедры прикладной квантовой физики Технологического университета Чалмерса, эти устройства в сто-десять тысяч раз меньше человеческой клетки и позволяют разрабатывать высокоэффективные процессы преобразования энергии.

Преодоление наношума: важнейшая задача

Шум мешает развитию нанотехнологий. Он возникает из-за колебаний электрических зарядов и тепла внутри устройств. Исследователи пока не знают, как избавиться от шума, не мешая преобразованию энергии.

Учёные из Чалмерса сделали шаг к решению проблемы. Они изучили термоэлектрические тепловые двигатели в наномасштабе. Эти устройства преобразуют отработанное тепло в электрическую энергию.

Электроника выделяет тепло, поэтому учёные пытаются научиться преобразовывать его в энергию.

По словам профессора Сплеттштоссера, крошечные термоэлектрические тепловые двигатели могут это делать благодаря своим свойствам. Они преобразуют тепло в электрическую энергию, не позволяя ему пропадать впустую.

Баланс шума и мощности в наноразмерных тепловых двигателях

Наномашины, преобразующие тепло в электричество, работают эффективнее при больших перепадах температур. Это усложняет изучение и понимание их работы, которая и так непроста. Но учёные из Чалмерса смогли объяснить, как связаны шум и мощность таких устройств.

Мы доказали, что есть предел уровня шума, который влияет на производительность «двигателя».

Чем больше энергии производит устройство, тем выше уровень шума. Мы определили количество шума для получения нужного количества энергии из наноразмерных двигателей.

Эти результаты помогут в разработке высокоточных наноразмерных термоэлектрических устройств, — говорит Людовико Тессер.

Результаты опубликованы в издании Physical Review Letters.

17.09.2024