科学家发现有机铁电量子隧穿效应

新加坡国立大学、科技研究局高性能计算研究所和材料研究与工程研究所的科学家近日携手取得了一项突破性的研究成果,成功研制了可在几百太赫兹频率下工作的电路,其运算速度是当今微处理器的1万倍。此新型电路有望被用于构建超快计算机或单分子探测器,为纳米电子器件的设计开辟了新路径。

科学家发现有机铁电量子隧穿效应

未来,研究人员将致力于解决此工作所带来的新挑战,如将这些超快分子电子器件与实际电路相集成。

量子隧穿效应是一种量子特性,是电子等微观粒子能够穿过其本来无法通过的墙壁的现象。铁电量子隧穿效应是将普通墙壁层换为铁电材料,利用铁电材料的极化翻转特性改变墙壁的厚度和高度,进而实现对量子隧穿特性、状态的操控。

这项研究工作受到了新加坡国立研究基金会和科技研究局的资助,相关研究成果已发表在《科学》上。在这项具有里程碑意义的研究工作中,研究人员利用了被称为“量子等离子体隧穿”的物理过程,通过改变分子电子器件中分子的特性来控制量子等离子体模式,进而在几百太赫兹的范围内调节电路频率。研究人员称,这是首次直接观察到量子等离子体隧穿效应,也是首次在理论和实验上证实了制作可在光频下工作的超快分子电子器件的可行性。

研究人员利用朗缪尔-布拉基特薄膜转移的方法,将精准控制分子层厚度的PVDF二维薄膜转移至衬底上,获得了表面平整、分子链排列有序的样品,且具有二维铁电特性的PVDF超薄膜。该项研究首次利用厚度只有几个纳米的铁电PVDF聚合物超薄膜作为隧道结的势垒结构,并发现了铁电极化对隧穿电流的调控比超过1000%,为探索隧穿电子与极化耦合特性以及发展基于铁电隧道结的新型电子器件提供了基础。

《中国科学报》 (2014-05-06 第7版 制造)

铁电隧道结器件将有望在未来高密度、低功耗、高度集成的逻辑和存储器件中实现应用。褚君浩告诉《中国科学报》记者,基于铁电量子隧穿效应,亦可构建新型的高灵敏光电探测器件。PVDF铁电隧道结器件除上述潜在应用外,还具有易与硅基电路集成、大面积制备、可卷曲特性等突出优势,这将有利于其在柔性光/电子器件领域的应用。

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