Đây là các công tắc tiết kiệm năng lượng tốc độ cao, cảm biến hóa học và sinh học, cũng như máy dò bức xạ. Các thiết bị này không thể được tạo ra trên cơ sở chất bán dẫn thông thường, Văn phòng Bộ Khoa học và Giáo dục Đại học Nga cho biết với Sputnik.
Cơ sở của tất cả các thiết bị điện tử bán dẫn hiện đại là cái gọi là "tiếp giáp P-N", đây là ranh giới tiếp xúc giữa hai vùng bán dẫn P và N khi xuất hiện một lớp có đặc tính vật lý khác hẳn với hai vùng bán dẫn P và N. Trong các thiết bị điện tử, quá trình chuyển đổi như vậy là một rào cản năng lượng. Sự hiện diện của một rào cản bậc thang đối với các electron trong tiếp giáp P-N xác định chức năng chính của nó: mối nối này là một chiều, dòng điện chỉ có thể chạy trong nó với một cực của điện áp đặt vào.
Vào những năm 1960, các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng, tiếp giáp P-N cũng có thể dẫn dòng điện nhờ hiệu ứng "đường hầm lượng tử" - chỉ sự chuyển dịch của hệ vật chất từ trạng thái này sang trạng thái khác, tực là "sự rò rỉ" của các electron qua hàng rào năng lượng. Các thiết bị với điốt đường hầm đã được sử dụng trong các thiết bị điện tử. Điốt đường hầm là điểm nối P-N biểu thị điện trở âm giữa hai giá trị của điện áp thuận.
Một phương hướng quan trọng khác trong lĩnh vực phát triển ngành điện tử là tăng tốc độ phản hồi của các thiết bị điện tử. Và các nhà khoa học đang tìm kiếm những vật liệu mới để các electron không gặp chướng ngại vật trên đường đi của chúng. Hóa ra, một trong những vật liệu như vậy là graphene hai lớp - một tinh thể carbon hai chiều được hình thành bởi hai lớp graphene cách đều nhau.
Nhưng, trong một thời gian dài các nhà khoa học không thể làm sáng tỏ cơ chế đằng sau dòng điện xoay chiều trong các tiếp giáp P-N dựa trên graphene hai lớp. Các nhà khoa học từ Phòng thí nghiệm Quang điện tử của Vật liệu hai chiều thuộc Trung tâm Quang tử và Vật liệu hai chiều của Viện Vật lý và Công nghệ Matxcơva đã trả lời câu hỏi này. Trong các thí nghiệm của mình, họ đã rút ra kết luận rằng, kiểu dẫn dòng điện qua đường hầm lượng tử chiếm ưu thế trong vật liệu này.
Tạo đột phá cho ngành điện tử
"Hóa ra, tình huống mà chúng tôi đã phát hiện là đầy hứa hẹn đối với ngành điện tử. Thứ nhất, vật liệu graphene có độ linh động cao, và điều này cho phép tạo ra các thiết bị có thể dẫn điện rất nhanh. Thứ hai, chúng tôi có bản chất vận chuyển đường hầm, và điều đó cung cấp khả năng để kiểm soát dòng điện ở điện áp thấp, tức là nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng. Sự kết hợp giữa tốc độ và hiệu quả năng lượng không thể đạt được trong thiết bị điện tử dựa trên các vật liệu bán dẫn "cổ điển", - ông Dmitry Svintsov, Trưởng phòng thí nghiệm MIPT về quang điện tử của vật liệu hai chiều, lưu ý.
Theo các tác giả của công trình nghiên cứu, hiệu ứng mà họ phát hiện ra cũng rất quan trọng đối với việc đưa graphene hai lớp vào thiết bị điện tử kỹ thuật số: hiệu ứng đường hầm trong graphene hai lớp sẽ giúp "cảm nhận" không chỉ bức xạ mà còn theo dõi lượng hợp chất hóa học và sinh học, nghĩa là hoạt động như một cảm biến nhạy cảm hóa học và sinh học.
Kết quả nghiên cứu được công bố trên tạp chí khoa học quốc tế chuyên ngành hàng đầu Nano Letters.