Современные полупроводниковые устройства позволяют разместить большое количество транзисторов в небольшом чипе. Но прогресс в области чипов сопряжен с возникновением некоторых проблем. Так, скорость движения электронов ограничивается сопротивлением полупроводниковых материалов, а для их прохождения требуется увеличенный расход энергии. Инженеры Калифорнийского университета впервые создали микропроцессор, который не содержит полупроводниковых материалов.

В его основе лежит метаматериал, который внешне напоминает грибы с диаметром шляпки в несколько сотен нанометров, говорится в статье в журнале Nature Communications. Метаматериалами называют такие материалы, свойства которых (например, оптические) определяются в большей степени не веществами, из которых они состоят, а периодическими структурами, которые эти вещества образуют. Одним из классических примеров метаматериалов являются среды с отрицательным коэффициентом преломления.

По словам ученых, использование метаматериалов поможет в создании более мощных и быстрых устройств, основанных на вакуумных или газовых каналах для электричества — наноразмерных вакуумных лампах. Подвижность носителей заряда в вакуумных лампах в семь раз больше, чем в традиционном для электроники кремнии. Однако создание таких полупроводников осложнено тем, что для «выбивания» частиц из материи требуются большие напряжения (более 100 В), температуры (1000 К) или мощности лазерного излучения (порядка тераватт на квадратный сантиметр). Для микроэлектронных устройств такие интенсивные воздействия могут быть разрушительными.

Авторы исследования нашли способ, как эффективно «выбивать» электроны из вещества, не прибегая к интенсивным внешним воздействиям. Для этого физики создали решетку, способную эффективно концентрировать электрическое поле и создавать локальные области с мощными полями. При одновременном облучении устройства в вакуумной камере с помощью лазерного луча (плотность потока до 40 Вт/см2, сопоставимо с лазерной указкой) и подачи электрического напряжения проводимость устройства резко повышалась.

Пока что исследование находится на раннем этапе, но является очень перспективным. Теперь учёные намерены понять, насколько такая система поддаётся масштабированию и где находятся границы её производительности. Они считают, что их разработка может быть востребована не только в электронике, но и в сферах фотоэлектрической энергетики, экологии и, возможно, военной технике.

Версия для печати