Журнал "Компьютерра" №767

Волновые свойства легких электронов наблюдаются давно, и эти представления о корпускулярно-волновом дуализме легли в основу квантовой теории. К сожалению, волновые свойства более тяжелых атомов и молекул не просто исследовать даже на современном экспериментальном оборудовании.

Чтобы "превратить" даже самую легкую молекулу - молекулу водорода - в доступную для измерений волну, ее необходимо максимально замедлить, то есть охладить. Кроме того, требуется некое подобие линейки с масштабом порядка молекулярной длины волны, чтобы было с чем эту волну сравнивать. Лучше всего как-то ограничить возможность перемещения частицы. Тогда возникающие в таком резонаторе стоячие волны материи должны иметь дискретный набор энергий, которые уже сравнительно легко измерить.

В качестве своеобразной клетки-резонатора для молекулы водорода использовали фуллерен - похожую на мяч гигантскую молекулу углерода. Химическими методами в нем удалось проделать дырку, через которую внутрь каждого фуллерена с диаметром полости 1,56 ангстрема смогла протиснуться одна-единственная молекула водорода. После заполнения водородом фуллерены охладили до двух с половиной градусов выше абсолютного нуля и приступили к измерениям.

Внутри фуллерена молекула водорода может колебаться как волна и вращаться. И каждому возбужденному состоянию молекулы соответствует определенный уровень энергии. Чтобы загнать молекулы на эти уровни, фуллерены с водородом обстреливали нейтронами, которые, сталкиваясь с молекулой водорода, могли передать ей часть своей энергии. По энергетическому спектру такого неупругого рассеяния нейтронов ученые судили о состоянии молекул водорода в углеродных клетках. При этом вращательные возбуждения отличали от волновых колебаний, варьируя температуру системы. Изменение температуры меняло тепловую скорость молекул водорода, а вместе с ней и длину волны де Бройля, но почти не влияло на вращательные возбуждения.

Результаты наблюдений хорошо совпали с теорией. Помимо чисто академического интереса к самым основам квантовой теории эти эксперименты имеют и практическое значение. "Дырявые" фуллерены и родственные им углеродные нанотрубки ученые планируют использовать для эффективного хранения водорода. А квантовое поведение водорода в таких структурах поможет детально исследовать их свойства. ГА

Тонкий рекорд

Ученым из Уотсоновского исследовательского центра корпорации IBM впервые удалось изготовить и исследовать графеновый транзистор, способный работать на рекордно высокой частоте 26 ГГц. Это устройство станет важным шагом на пути углеродной электроники к высокочастотным приложениям.

Двадцать шесть гигагерц - это много или мало? Рекордные образцы кремниевых транзисторов сегодня умеют работать на порядок быстрее. Но для устройства солидных размеров (около 150 нм), изготовленного из материала, который был открыт лишь пять лет назад, это очень неплохой результат. Кроме того, вылизанные за многие годы кремниевые транзисторы трудно сделать меньше 40 нм, и все возможности повышения их быстродействия уже практически исчерпаны.

Скорость переключения транзистора растет пропорционально скорости движения электронов в канале и уменьшению размеров самого устройства. И тут графен (слой углерода толщиною в один атом) сулит захватывающие перспективы хотя бы потому, что эффективная масса электронов в этом материале равна нулю и они движутся как релятивистские частицы. Однако на практике реализовать потенциал графена пока не удавалось.

В новом полевом транзисторе графеновый канал поместили на слой изолятора из диоксида кремния толщиной 300 нм, выращенный на кремниевой подложке. Но подложку, как в большинстве других экспериментов, не стали использовать в роли затвора, а нанесли поверх графена тонкий десятинанометровый слой изолятора из оксида алюминия и уже на нем разместили металлические электроды затвора.

Измерения показали, что графеновый транзистор работает именно так, как предсказывает теория. А дальнейшее уменьшение длины затвора, оптимизация геометрии устройства и свойств используемых диэлектриков позволит ему функционировать в перспективном терагерцовом диапазоне частот. ГА

Замкнутый круг

Химики из Калифорнийского университета и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли нашли новый способ массового производства углеродных нанотрубок на основе циклопарафениленов. Метод позволяет получать нанотрубки строго определенного типа, что значительно облегчает их широкое использование в электронике.

Циклопарафенилены - это структуры из нескольких бензольных колец, похожие на ажурные женские браслеты. Их иногда называют углеродными нанообручами. Над синтезом этих удивительных соединений химики бьются уже семь десятилетий. К сожалению, все известные процессы хоть и позволяли получать некоторое количество заветного вещества, но давали на выходе грязную смесь продуктов с дефектами, из которой трудно было выделить "браслеты" заданного размера.