Учёные Саратовского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского выяснили, как в наноразмерных устройствах можно пропускать колоссальные токи и при этом не доводить металл до расплавления. Это открывает путь к созданию более мощных и стабильных элементов наноэлектроники и терагерцовых генераторов – технологий будущего связи, медицины и сенсорики. Подробности исследования опубликованы на площадке медиапроекта Наука Mail и в ТАСС.
Физики исследовали процессы, происходящие в резонансно-туннельных квантовых структурах – системах из чередующихся тончайших слоёв, где электроны проходят через барьеры не напрямую, а «туннелем», по законам квантовой механики. При обычных плотностях тока катод в таких устройствах быстро плавится. Однако расчёты саратовских исследователей показали, что при оптимальном подборе размеров и эффективном охлаждении структура нагревается лишь до около 2000 К – почти как на поверхности звезды – и при этом сохраняет устойчивость.
Чтобы определить предел прочности, учёные последовательно рассчитали квантово-механические процессы распространения тока и теплового баланса – от джоулева нагрева до эффектов Ноттингема и Пельтье. Ключевыми факторами оказались идеально гладкие поверхности, малые размеры электродов (менее микрометра – одной миллионной доли метра) и быстрый отвод тепла в массивный термостат.
Понижение температуры, как поясняют исследователи, существенно повышает стабильность наноструктур.
