Физики из Московского физико-технического института и университета Тохоку создали новый тип транзистора, состоящий из двух слоев графена и обладающий максимально низким энергопотреблением, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Scientific Reports.

Ученые предложили новую конструкцию туннельного транзистора на основе двухслойного графена и с помощью моделирования доказали, что этот материал является идеальной платформой для низковольтной электроники. «Двухслойный графен — это два листа графена, связанные между собой ван-дер-вальсовыми связями. Получать его так же просто, как однослойный графен, но благодаря уникальной структуре энергетических зон он представляет собой чрезвычайно перспективный материал для низковольтных туннельных переключателей», — отмечают ученые.

Энергетические зоны двухслойного графена имеют вид «мексиканской шляпы». Плотность электронов, которые можно разместить вблизи краев «мексиканской шляпы» стремится к бесконечности, данная особенность называется сингулярностью ван Хова. При приложении уже небольшого напряжения на затвор транзистора огромное число электронов с краев «мексиканской шляпы» одновременно начинают туннелировать, что приводит к резкому изменению тока при приложении малого напряжения и к рекордно низкому энергопотреблению.

Ученые отмечают, что до недавнего времени сингулярность ван Хова в двухслойном графене была едва заметна. Иначе говоря, края «мексиканской шляпы» выглядели потрепанными из-за низкого качества образцов. Современные образцы графена на подложках гексагонального нитрида бора обладают гораздо лучшим качеством, и наличие острых сингулярностей ван Хова в них экспериментально подтверждено методами сканирующей зондовой микроскопии и инфракрасной спектроскопии поглощения.

При оптимальных условиях графеновый транзистор может менять силу тока в цепи в 35 тыс. раз при колебании напряжения на затворе всего в 150 милливольт.