Волитроника может спасти Мура

Ученые департамента энергетики Национальной лаборатории Лоренса Беркли (лаборатории Беркли) из США сделали большой шаг в сторону практического применения волитроники (valleytronics). Это новый тип электроники, основанный на том, что у некоторых полупроводников есть несколько минимумов разрешенной энергии электронов проводимости (на языке зонной теории — минимумов зоны проводимости), которые физики называют долинами.

Наличие таких долин позволяет кодировать информацию помещением электрона в одну из них. В сочетании с учетом значения спина это позволяет значительно расширить возможности кодирования информации в устройствах. По отдельности два значения спина или две долины соответствуют одному биту информации — их можно сопоставить с 0 и 1. А вот две долины, в которых спины электронов могут принимать разное значение, представляют собой двухбитовую конструкцию, кодирующую уже четыре значения. Если добавить еще и заряд, то можно кодировать восемь значений.

Волитроника обещает увеличение быстродействия, более высокую помехозащищенность и меньшую потребляемую мощность. Однако созданию подобных устройств на практике пока препятствует сложность управления электронами для их помещения в долины и их контроля там.

В статье, опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, исследователи сообщили, что им впервые удалось генерировать электроны и управлять ими в долинах двумерного полупроводника, представляющего собой слой дихалькогенида переходного металла (TMDC).

Интерес ученых к новым типам электроники связан с исчерпанием действия известного эмпирического закона, называемого законом Мура, который гласит, что количество транзисторов, размещаемых на кристалле интегральной схемы, удваивается каждые два года. Поскольку размер транзисторов невозможно уменьшать бесконечно, большинство специалистов сходятся во мнении, что в традиционной микроэлектронике из-за физических ограничений этот закон скоро перестанет соблюдаться.

Традиционная электроника основана на переносе электронов, то есть сигналы кодируются наличием или отсутствием тока. В стремлении сохранить соблюдение закона Мура, а также увеличить эффективность и уменьшить тепловыделение устройств ученые разрабатывают альтернативные направления электроники, в которых информация переносится и кодируется на основе других принципов.