Квантовый рубеж миниатюризации транзисторов

21.06.2026

Исследователи из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) представили новую методику атомарно-точных расчетов, которая дает количественный ответ на этот вопрос. Они разработали подход, позволяющий заранее предсказывать, при каких размерах квантовое туннелирование начнет вызывать неконтролируемый рост токов утечки и сделает транзистор неработоспособным. Вместо слепого экспериментирования с образцами методика предлагает инженерам осознанный инструмент проектирования, основанный на фундаментальных законах квантовой физики.

В основе расчетов лежит усовершенствованная версия теории функционала плотности - мощного метода, который уже давно успешно применяется для моделирования электронных структур молекул и материалов. Ученые расширили ее возможности специальным вычислительным фреймворком, который детально описывает сложные квантовые процессы именно на границе между металлическим электродом и полупроводниковым каналом. Такой подход особенно ценен сейчас, когда реальные размеры транзисторных структур вплотную приближаются к атомарным масштабам и классические модели перестают работать.

Главная трудность дальнейшего уменьшения транзисторов связана с квантовым туннелированием. При слишком малых размерах электроны начинают "просачиваться" сквозь энергетические барьеры, которые в привычной классической физике должны были бы их надежно останавливать. В результате растут паразитные токи утечки, ухудшается управление током между истоком и стоком, падает соотношение токов во включенном и выключенном состояниях. Экспериментально исследовать эти границы крайне сложно: контактные области имеют атомарные размеры, а их геометрию и электронную структуру трудно контролировать с необходимой точностью.

Для проверки своей методики специалисты KAIST выбрали однослойный дисульфид молибдена (MoS2) - перспективный двумерный полупроводник толщиной всего в один атом, который рассматривается как один из кандидатов на роль канального материала транзисторов следующего поколения. Они смоделировали контакты этого материала с различными металлами, включая скандий, серебро, золото и палладий, и рассмотрели две основные архитектуры соединения: верхний контакт и краевой контакт.

Расчеты показали, что критическая длина туннелирования - то расстояние, при котором электроны начинают существенно проникать в канал и мешать нормальной работе транзистора - не является постоянной величиной. Эта характеристика сильно зависит от работы выхода металла (энергии, необходимой для извлечения электрона из металла) и от атомарной геометрии самой контактной структуры. Иными словами, грамотный выбор материала электрода и способа его соединения с двумерным каналом позволяет отодвинуть квантовый предел миниатюризации дальше, чем считалось ранее.

Согласно результатам KAIST, при оптимальном сочетании металла и конфигурации контакта критическую длину туннелирования удается снизить до значений менее 4 нм - уже настоящих физических размеров, а не условных маркетинговых обозначений. В частности, для транзисторов n-типа более перспективными оказались верхние контакты с металлами, обладающими малой работой выхода, тогда как для p-типа предпочтительнее краевые контакты с металлами высокой работы выхода. Эти данные дают инженерам новый инструмент: теперь можно заранее рассчитывать контактное сопротивление, оценивать режимы туннельной утечки и прогнозировать предельную масштабируемость 2D-транзисторов на атомном уровне, значительно сокращая количество дорогостоящих и трудоемких экспериментальных итераций.

<< Назад: Нанотехнологии против смывания пестицидов 21.06.2026

>> Вперед: Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

LG и Prime Video: студияная версия кинематографа 31.07.2026

Современные телевизоры предлагают множество режимов изображения, которые автоматически корректируют цвета, контраст и резкость. Однако создатели фильмов часто жалуются, что дополнительная обработка искажает их замысел. Новая функция, появившаяся на телевизорах LG, пытается решить эту проблему, передавая контроль над настройками непосредственно студии. LG и Prime Video запустили режим "Оригинал автора" - первую настройку изображения, которой управляет сама студия. Он доступен только на OLED evo 2026 модельного года. LG Electronics и Prime Video объявили о совместной инициативе, приуроченной к стриминговой премьере фильма "Властелины Вселенной". В рамках сотрудничества на телевизорах компании появились две новые функции - режим изображения "Оригинал автора" и голосовая команда для пульта Magic Remote. Ключевая новинка - режим "Оригинал автора", который в LG называют первым в области настройки изображения для стримингового контента. Его отличие от распространенного FILMMAKER MODE за ...>>

Астронавты на Марсе не смогут выжить даже в скафандрах 30.07.2026

Высадка людей на Марс остается одной из самых амбициозных целей космических агентств. Красная планета лишена пригодной для дыхания атмосферы и подвергается высокому уровню солнечной радиации, поэтому астронавты смогут находиться на ее поверхности только в специальных скафандрах. Однако новые исследования показывают, что даже самые современные космические костюмы могут оказаться непригодными для работы в условиях марсианской гравитации. По результатам испытаний стало ясно, что новые скафандры NASA не подходят для использования астронавтами на Красной планете. На Марсе отсутствует воздух, пригодный для дыхания, а также наблюдается высокий уровень солнечной радиации. Это лишь некоторые из многих факторов, которые усложнят нахождение людей на поверхности. Современные скафандры не рассчитаны на марсианскую гравитацию, составляющую примерно 38 процентов земной. Новейшее поколение костюмов просто слишком тяжелое для использования на Марсе, пишет Phys. Новая серия скафандров, которую раз ...>>

Случайная новость из Архива Панцири креветок укрепят бетон 14.08.2022 Наночастицы из креветочных панцирей существенно улучшили качество цемента. Технология сократит отходы рыбной промышленности и выбросы углекислого газа. Исследователи Вашингтонского государственного университета и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории создали крошечные кристаллы и волокна хитина из отходов морепродуктов. Наночастицы повышают прочность цемента почти в 1,5 раза. Ученые изучили поведение наночастиц из хитина. В отличие от целлюлозы, также используемой для увеличения прочности цемента, этот материал на молекулярном уровне имеет дополнительный набор атомов. Благодаря этому ученые могут контролировать заряд на поверхности молекул и, следовательно, их поведение в цементном растворе. Исследование показало, что добавление обработанных нанокристаллов хитина в цемент улучшает его свойства, включая его консистенцию, время схватывания, прочность и долговечность. Они увидели увеличение прочности бетона на изгиб на 40% и улучшение его способности сжиматься на 12%. Кроме того, модифицированный состав твердел в час дольше. Это необходимо для увеличения дальности перевозок и строительства в жарком климате. Исследователи изучают прочность цемента под давлением. Панцири крабов, креветок и омаров состоят примерно на 20-30% из хитина, а большая часть остальных приходится на карбонат кальция, еще одну полезную добавку для цемента. При этом ежегодно в мире производится от 13 до 17,5 млн. кг отходов рыбной промышленности. Большая часть из них просто сбрасывается в море. Производство цемента является углеродсодержащим процессом, требующим использования ископаемого топлива для достижения необходимых высоких температур (1500 °C). Известняк, используемый в его производстве, также подвергается разложению, в результате которого образуется дополнительный углекислый газ. При этом классический бетон легко трескается, что снижает его долговечность. Авторы работы считают, что замена известняка на наночастицы хитина поможет сократить энергозатраты, объем мусора от морепродуктов, а также повысит долговечность и износостойкость зданий из цемента.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026