Квантовый рубеж миниатюризации транзисторов

21.06.2026

Исследователи из Корейского передового института науки и технологий (KAIST) представили новую методику атомарно-точных расчетов, которая дает количественный ответ на этот вопрос. Они разработали подход, позволяющий заранее предсказывать, при каких размерах квантовое туннелирование начнет вызывать неконтролируемый рост токов утечки и сделает транзистор неработоспособным. Вместо слепого экспериментирования с образцами методика предлагает инженерам осознанный инструмент проектирования, основанный на фундаментальных законах квантовой физики.

В основе расчетов лежит усовершенствованная версия теории функционала плотности - мощного метода, который уже давно успешно применяется для моделирования электронных структур молекул и материалов. Ученые расширили ее возможности специальным вычислительным фреймворком, который детально описывает сложные квантовые процессы именно на границе между металлическим электродом и полупроводниковым каналом. Такой подход особенно ценен сейчас, когда реальные размеры транзисторных структур вплотную приближаются к атомарным масштабам и классические модели перестают работать.

Главная трудность дальнейшего уменьшения транзисторов связана с квантовым туннелированием. При слишком малых размерах электроны начинают "просачиваться" сквозь энергетические барьеры, которые в привычной классической физике должны были бы их надежно останавливать. В результате растут паразитные токи утечки, ухудшается управление током между истоком и стоком, падает соотношение токов во включенном и выключенном состояниях. Экспериментально исследовать эти границы крайне сложно: контактные области имеют атомарные размеры, а их геометрию и электронную структуру трудно контролировать с необходимой точностью.

Для проверки своей методики специалисты KAIST выбрали однослойный дисульфид молибдена (MoS2) - перспективный двумерный полупроводник толщиной всего в один атом, который рассматривается как один из кандидатов на роль канального материала транзисторов следующего поколения. Они смоделировали контакты этого материала с различными металлами, включая скандий, серебро, золото и палладий, и рассмотрели две основные архитектуры соединения: верхний контакт и краевой контакт.

Расчеты показали, что критическая длина туннелирования - то расстояние, при котором электроны начинают существенно проникать в канал и мешать нормальной работе транзистора - не является постоянной величиной. Эта характеристика сильно зависит от работы выхода металла (энергии, необходимой для извлечения электрона из металла) и от атомарной геометрии самой контактной структуры. Иными словами, грамотный выбор материала электрода и способа его соединения с двумерным каналом позволяет отодвинуть квантовый предел миниатюризации дальше, чем считалось ранее.

Согласно результатам KAIST, при оптимальном сочетании металла и конфигурации контакта критическую длину туннелирования удается снизить до значений менее 4 нм - уже настоящих физических размеров, а не условных маркетинговых обозначений. В частности, для транзисторов n-типа более перспективными оказались верхние контакты с металлами, обладающими малой работой выхода, тогда как для p-типа предпочтительнее краевые контакты с металлами высокой работы выхода. Эти данные дают инженерам новый инструмент: теперь можно заранее рассчитывать контактное сопротивление, оценивать режимы туннельной утечки и прогнозировать предельную масштабируемость 2D-транзисторов на атомном уровне, значительно сокращая количество дорогостоящих и трудоемких экспериментальных итераций.

<< Назад: Нанотехнологии против смывания пестицидов 21.06.2026

>> Вперед: Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Тающие айсберги создают новые оазисы жизни на дне океана 30.06.2026

Глобальное потепление активно меняет облик нашей планеты, и одним из наиболее заметных его проявлений становится ускоренное таяние ледников в полярных регионах. Этот процесс не только приводит к подъему уровня Мирового океана, но и вызывает цепную реакцию в морских экосистемах, порой создавая неожиданные и парадоксальные последствия. Массовое высвобождение айсбергов из Гренландии - яркий пример того, как климатические изменения перестраивают жизнь в самых глубоких и удаленных уголках океана. Из-за повышения температуры количество айсбергов, откалывающихся от гренландских ледников, стремительно растет. Ученые проанализировали данные за последние 40 лет и установили, что с 2000 года поток ледяных глыб через пролив Фрама увеличился в четыре раза. Об этом сообщает Futurism со ссылкой на исследование специалистов из Технического университета Дании. Такое беспрецедентное нашествие айсбергов представляет серьезную опасность для международного судоходства. Одновременно оно радикально тра ...>>

Робот-тьютор Optio, помошник школьника 30.06.2026

Икусственный интеллект и робототехника все активнее помогают учителям и ученикам, делая обучение более персонализированным и увлекательным. Гуманоидные роботы, способные взаимодействовать с людьми естественным образом, открывают новые возможности для школ, особенно в условиях нехватки педагогических кадров и растущего интереса к технологиям. Одна из таких инновационных инициатив стартовала в американском штате Нью-Йорк. Компания Realbotix запустила своего помощника учителя на базе искусственного интеллекта под названием Optio в Центральном школьном округе Саламанки. Робот выступает в роли тьютора, предлагая персонализированное репетиторство, многоязычную помощь с домашними заданиями и круглосуточную академическую поддержку. По данным Interesting Engineering, проект направлен на повышение вовлеченности учащихся и внедрение передовых технологий в учебный процесс. В рамках пилотной программы школы округа планируют интегрировать человекоподобных роботов в классы. Изначально Optio буд ...>>

Биопрепараты повышают питательную ценность органической гречихи 29.06.2026

В органическом земледелии особое внимание уделяется не только урожайности, но и качественному составу продукции. Потребители все чаще выбирают продукты с высоким содержанием полезных веществ и без следов химических веществ. Исследования показывают, что применение биологических препаратов может существенно улучшить минеральный состав зерновых культур, делая их более ценными с точки зрения питания. В результате полевых экспериментов, проведенных в 2023-2025 годах, ученые установили, что использование биопрепаратов способствует активному накоплению макроэлементов, в частности фосфора и калия, в зерне органической гречихи. Об этом сообщила Леся Крупак из Белоцерковского национального аграрного университета в своей работе "Экологичность и производительность". Наиболее заметный эффект наблюдался при применении гумата калия. В этом случае содержание калия в зерне увеличивалось на 19-21 процент по сравнению с контрольными участками. Такой результат свидетельствует об улучшении работы тра ...>>

Натрий-ионные накопители энергии Tener от CATL 29.06.2026

Литий-ионные аккумуляторы сейчас доминируют на рынке, но их производство сталкивается с ограничениями ресурсов и экологическими вызовами. Китайская компания CATL, один из мировых лидеров в области аккумуляторных технологий, представила инновационную альтернативу на основе натрия, которая может существенно расширить возможности хранения энергии. На отраслевом мероприятии в Мюнхене CATL продемонстрировала систему накопления энергии Tener нового поколения. Она построена на натрий-ионных аккумуляторах и отличается выдающимися эксплуатационными характеристиками. По заявлению разработчиков, новая технология сочетает высокую долговечность, безопасность и экономичность, что делает ее перспективной для широкого применения в энергетике. Одним из главных преимуществ Tener стала исключительная долговечность: система рассчитана на срок службы до 30 лет и способна выдерживать до 15 000 циклов заряда-разряда. Для сравнения, большинство современных аналогов выдерживают около 10 000 циклов. Даже ...>>

Орибитальное вино с МКС 28.06.2026

Виноделие всегда было тесно связано с землей, климатом и традициями, но современная наука все чаще выводит его на новый уровень - в буквальном смысле за пределы нашей планеты. Исследователи ищут способы адаптировать сельское хозяйство к условиям космоса, чтобы обеспечить будущие миссии продовольствием и изучить влияние экстремальной среды на биологические процессы. Один из таких амбициозных проектов реализуется в США и обещает в перспективе появление первого вина из винограда, побывавшего на орбите. Ученые из Техасского университета A&M отправили на Международную космическую станцию сотни семян винограда. После шести месяцев воздействия космической радиации семена вернутся на Землю, будут высажены и через несколько лет могут дать первый урожай для производства "космического вина". Проект представляет собой уникальное сочетание астронавтики, биологии и виноградарства. Идея эксперимента возникла как дипломная работа двух студентов-старшекурсников кафедры аэрокосмической инженер ...>>

Случайная новость из Архива Длинные пальцы депрессии 10.01.2000 Мужчины с необычайно длинным безымянным пальцем чаще других страдают от депрессии. Это показало обследование, проведенное учеными из Ливерпульского университета (Англия). Они измерили длину пальцев и росту 102 мужчин, после чего те прошли психологические тесты на склонность к депрессии. Оказалось, что те, у кого выше отношение длины пальцев, особенно безымянного, к росту, сильнее других склонны впадать в депрессию. Иными словами, если пальцы мужчины необычайно длинны для его роста (а обычно, чем выше человек, тем длиннее его пальцы), то он склонен к депрессии. Чтобы не возиться с измерениями, можно использовать грубый ориентировочный показатель: у подверженных депрессии безымянный палец заметно длиннее среднего. Ученые предполагают, что связь между длиной пальцев и эмоциональными нарушениями закладывается еще у эмбриона в процессе развития и образуется в результате действия мужского полового гормона тестостерона. Гормон влияет на рост длинных костей, а также на развитие мозга. Когда тестостерона слишком много, удлиняются пальцы и увеличивается правое полушарие мозга за счет левого. Людям с преобладанием правого полушария свойственны музыкальные и математические способности, но они чаще страдают депрессией и шизофренией.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2026