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研究由气隙隔开的相邻 QSH 边缘之间的一维库仑阻力

来源:HQBUY 发布时间:2021-07-15

摘要: 限制摩尔定律的两个重要因素是功耗和库仑相互作用。库仑相互作用是遵循库仑定律(一种电动力学理论)的电荷之间的相互作用。

限制摩尔定律的两个重要因素是功耗和库仑相互作用。库仑相互作用是遵循库仑定律(一种电动力学理论)的电荷之间的相互作用。



这些相互作用可能是纳米电子电路发展的主要挑战。量子自旋霍尔 (QSH) 绝缘体是开发低功率电子设备的特别有前途的材料,但到目前为止,库仑相互作用对由这些材料制成的纳米电路的影响仅在理论上进行了研究,而不是通过实验进行了研究。


南京大学和北京大学的研究人员最近观察到由气隙隔开的相邻 QSH 边缘之间的一维 (1D) 库仑阻力。他们的论文发表在Nature Electronics 上,强调了 QSH 效应在抑制库仑相互作用对纳米电路性能的不利影响方面的潜力。


“在量子自旋霍尔绝缘体中观察到的一维无耗散螺旋边缘状态可以解决集成电路中的功耗问题,”进行这项研究的研究人员之一杜凌杰告诉 TechXplore。“然而,如果电路中的两个边缘状态非常接近(~纳米),库仑效应可能仍然会影响电路性能。为了弄清楚附近边缘之间库仑相互作用的影响,我们设计并执行了我们论文中报告的库仑阻力实验。 ”


首先,Du 和他的同事使用两种称为聚焦离子束光刻和反应离子蚀刻的技术,在放置在倒置 InAs/GaSb 量子阱中的分裂 H 条器件中实现了跨 QSH 边缘的气隙。他们创造的气隙具有尽可能低的介电常数,这会产生强大的库仑相互作用。


“通过分裂 H 棒器件中的气隙,我们首次观察到拓扑绝缘体中的一维库仑阻力,并发现拓扑保护可以抑制附近边缘之间的库仑效应。” 杜说。“这是一个重要的观察结果,因为这意味着我们可以使用拓扑边缘来构建集成电路。”


这组研究人员最近进行的研究可能会产生几个重要的影响。首先,1D库仑阻力在观察拓扑绝缘体可以使消耗更少的功率更先进的集成电路的发展,同时也降低了电路的配线之间的间距和可能实现上集成的电子器件的更大的堆积密度电路。


杜和他的同事还首次观察到一维螺旋边缘状态中所谓的狄拉克点的存在,超出了他们研究的最初目标。他们发现在狄拉克点附近(即线性分散的导带和价带相遇的点),负阻力信号在低温下占主导地位,并表现出非单调的温度依赖性。


从本质上讲,这一发现表明不同的阻力机制在更高的温度下相互竞争和抵消。在未来,研究人员的发现因此也可以提高目前对拓扑相背后基本物理学的理解。


“该领域许多研究人员的目标是确定可以在室温下工作的拓扑材料,”杜补充道。“有了合适的材料,就有可能将电子设备与拓扑线连接起来,与现有技术相比,拓扑线应该消耗更少的功率并实现更高的封装密度。”


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