Ученые из университета Аальто (Aalto University), Финляндия, и университета Марбурга (University of Marburg), Германия, некоторое время совместно изучали процессы переноса электрических зарядов на границах полупроводниковых материалов разных типов. И во время этих экспериментов ученые заметили новый вид переноса электрического заряда, в котором носителем является пара, сформированная отрицательно заряженным электроном и носителем положительного заряда, электронной дыркой. Когда такая пара подходит к границе между материалами, ее заряд переносится через границу и продолжает двигаться при помощи точно такой же пары носителей. Если процессы такого необычного переноса зарядов удастся использовать в своих целях, то это открывает интересные перспективы для более быстрого и эффективного выполнения сложных логических операций в электронных устройствах.
“Помимо микроэлектроники, процессы переноса электрических зарядов играют ключевые роли во многих видах химических, физических и биологических процессов, таких как фотосинтез” – рассказывает профессор Илкка Титтонен (Ilkka Tittonen) из университета Аальто.
Согласно классической физике заряженная частица не может преодолеть барьер между двумя полупроводниковыми материалами разных типов, однако, благодаря явлению квантового туннелирования такие частицы проходят через барьеры, если их толщина позволяет это сделать. В недавно обнаруженном виде процесса переноса при помощи туннелирования переносятся не отдельные заряды, точнее, не отдельные частицы, а переносится информация, заключенная в паре из электрона и электрически связанного с ним носителя положительного заряда. Эта связанная пара, состоящая из электрона и положительно заряженной электронной дырки, представляет собой квазичастицу, имеющую название экситон.
“Наблюдаемый нами процесс достаточно уникален. При помощи оптического импульса терагерцовой частоты информация, представленная в виде так называемой корреляции пары электрон-дырка, переносится через барьер, без процесса тунеллирования экситона непосредственно, который распадается на одной стороне и возникает на другой стороне барьера” – рассказывает профессор Титтонен, – “До последнего времени в любой из областей современной физики нам не удавалось наблюдать явлений, полностью эквивалентных этому”.
В новом явлении комбинируются полупроводниковые и терагерцовые технологии, что позволит реализовать в микроэлектронике выполнение совершенно новых типов логических операций. Возможно, на основе этого явления будут спроектированы новые типы микропроцессоров, которые функционируют частично на принципах оптики, а частично – на принципах традиционной электроники.