Поверхность алмаза сильнее реагирует на электрическое поле, чем его внутренние слои
Новый метод позволил составить трехмерную карту электрических свойств материалов на уровне отдельных атомов. Расчеты показали, что поверхность алмаза обладает необычно высокой способностью накапливать электрическую энергию.
МОСКВА, 5 августа /Новости науки/. Ученые выяснили, что поверхность алмаза сильнее реагирует на электрическое поле, чем внутренняя часть материала. Исследование Хаято Кобаяси, Дзюна Накамуры и их коллег опубликовано в журнале ACS Omega.
Открытие может помочь создавать более компактные и энергоэффективные электронные компоненты. По мере уменьшения транзисторов и других устройств свойства поверхности начинают сильнее влиять на их работу, поэтому ученым необходимо понимать поведение электронов на уровне отдельных атомов.
«Такие электроны выходят далеко за пределы поверхности материала и очень чувствительно реагируют на внешнее электрическое воздействие», — говорится в сообщении университета.
Исследователи разработали метод построения трехмерных карт диэлектрической проницаемости — показателя того, насколько материал способен накапливать электрическую энергию и реагировать на электрическое поле. Метод основан на расчетах из первых принципов, которые моделируют поведение атомов и электронов с помощью законов квантовой механики.
Ученые применили разработанный подход к поверхностям кремния и алмаза, покрытым атомами водорода. Расчеты показали, что у кремния диэлектрическая проницаемость возле поверхности снижается. У алмаза наблюдалась противоположная картина: на поверхности этот показатель заметно возрастал.
Причиной эффекта оказались особые, почти свободные электроны. Они слабо связаны с атомами углерода, частично распространяются за пределы поверхности алмаза и поэтому особенно активно откликаются на внешнее электрическое поле.
Авторы считают, что обнаруженное свойство можно использовать при разработке холодных катодов — источников электронов, работающих без нагрева и при низком напряжении. Другим возможным применением могут стать миниатюрные электронные переключатели, которые меньше нагреваются и устойчивее работают при высоких нагрузках.
Открытие может помочь создавать более компактные и энергоэффективные электронные компоненты. По мере уменьшения транзисторов и других устройств свойства поверхности начинают сильнее влиять на их работу, поэтому ученым необходимо понимать поведение электронов на уровне отдельных атомов.
«Такие электроны выходят далеко за пределы поверхности материала и очень чувствительно реагируют на внешнее электрическое воздействие», — говорится в сообщении университета.
Исследователи разработали метод построения трехмерных карт диэлектрической проницаемости — показателя того, насколько материал способен накапливать электрическую энергию и реагировать на электрическое поле. Метод основан на расчетах из первых принципов, которые моделируют поведение атомов и электронов с помощью законов квантовой механики.
Ученые применили разработанный подход к поверхностям кремния и алмаза, покрытым атомами водорода. Расчеты показали, что у кремния диэлектрическая проницаемость возле поверхности снижается. У алмаза наблюдалась противоположная картина: на поверхности этот показатель заметно возрастал.
Причиной эффекта оказались особые, почти свободные электроны. Они слабо связаны с атомами углерода, частично распространяются за пределы поверхности алмаза и поэтому особенно активно откликаются на внешнее электрическое поле.
Авторы считают, что обнаруженное свойство можно использовать при разработке холодных катодов — источников электронов, работающих без нагрева и при низком напряжении. Другим возможным применением могут стать миниатюрные электронные переключатели, которые меньше нагреваются и устойчивее работают при высоких нагрузках.
