Atrastas būdas kompiuterinių lustų defektams išnaudoti

Metodas, aprašytas žurnale „Science“, paremtas tuo, kad pertvarkant vakansijas, kurios susidaro dėl nesančių atomų, galima keisti medžiagos pritaikomumą nulemiančių cheminių priemaišų savybes.

Nors aprašytasis metodas kol kas išbandytas tik laboratorijoje, jis galėtų praversti ateities pramonėje, kadangi nuolat mažėjant mobiliesiems telefonams ir kompiuteriniams lustams, atskirų atomų savybės puslaidininkiuose tampa vis svarbesnės.

„Reiškinys, kurį mes atradome, greičiausiai pasireiškia kiekvieną dieną naudojamuose įrenginiuose, tik jis nėra valdomas, – pasakoja Ohajo valstybinio universiteto fizikos profesorius ir projekto vadovas Džėjus Gupta (Jay Gupta). – Jei tik pramonė jį išnaudotų, mūsų atradimas ne tik leistų paspartinti ateities kompiuterius, bet ir įgalintų jiems pritaikyti kitokį veikimą principą, pavyzdžiui, pagrįstą kvantinės mechanikos dėsniais“.

Pirminis atradimas buvo padarytas 2008 m. vasarą, kuomet studentas Dongunas Li (Donghun Lee) kruopščiai tyrė, kaip legiruotųjų atomų savybės priklauso nuo kaimyninių atomų išsidėstymo. D. Li ir D. Gupta analizavo įprastinį galio arsenido bandinį skenuojančiu tuneliniu mikroskopu (STM). Paprastai stiprus STM elektrinis laukas priverčia atomus šiek tiek pakeisti savo pozicijas, tačiau galio arsenido atveju visas procesas priminė nuolat perstatomą dėlionę: tyrėjai nesunkiai galėjo keisti vakansijų išsidėstymą.

Pavyzdžiui, medžiagos paviršiuje esančią arseno vakansiją mokslininkai veiksmingai vertė judėti elektriniu lauku paveikdami arseno atomą – šis pereidavo į šalimais esančią vakansiją, todėl jo vietoje atsirasdavo nauja tuštuma.

Vakansija, kurią suformuoja pašalintas arseno atomas, pasižymi stipriu savo pačios elektriniu lauku, todėl tyrėjams buvo smalsu sužinoti, kaip šis laukas veikia kaimynines priemaišas – šiuo atveju mangano atomus. Pavyko pastebėti, jog priemaišos energijos lygmuo sumažėdavo, kuomet šalia atsirasdavo vakansija, ir padidėdavo, kuomet vakansija nutoldavo.

Priemaišos yra labai svarbios tokiems įtaisams kaip kompiuteriniai lustai, nes jos leidžia labai tiksliai valdyti srovės tekėjimą, priklausomai nuo temperatūros ir įtampos. Jos energijos lygmuo yra pagrindinis parametras, nusakantis šią savybę.

Po pirminio atradimo fizikams prireikė metų papildomų bandymų, kol galiausiai pavyko suprasti šį reiškinį. „Priemaišos savybė atiduoti arba prisijungti elektroną priklauso nuo jos ryšio energijos, o sukurdami vakansijas šalia mangano mes kaitaliojome šį dydį, – dėsto profesorius. – Galima sakyti, jog mes privertėme manganą elgtis taip, lyg šis būtų visai kitas atomas, nors fiziškai jis buvo tas pats“.

Lustų gamintojai galėtų susidomėti šia technologija ne tik dėl jos pritaikomumo dabartinių lustų gamyboje, bet ir dėl ateities perspektyvų. Dabartiniai lustai savyje paprastai turi vos kelias dešimtis legiruotųjų atomų, iš esmės nulemiančių šių įtaisų savybes. Kadangi lustai nuolat mažėja, kiekvieno atomo įtaka tik augs, todėl toks metodas, kokį pasiūlė D. Gupta, bus labai svarbus, nes leis valdyti atskirus legiruotuosius atomus.

Ateityje kompiuterio loginį valdymą ir atmintį bus galima sujungti viename luste, jeigu tik naujų savybių puslaidininkinės medžiagos išlaikys magnetiškumą kambario ir aukštesnėje temperatūroje. Kompiuteriai su tokiais lustais teoriškai turėtų sunaudoti mažiau energijos, be to, jų nereikės perkrauti.

Manganu legiruotas galio arsenidas yra vienas iš realių kandidatų, todėl dabar D. Gupta ir D. Li nagrinėja, kaip būtų galima valdyti magnetinę sąveiką tarp dviejų ar daugiau mangano atomų taikant naująjį atradimą.