Новые транзисторы работают вопреки основным законам

Электрохимические устройства применяются во многих отраслях, от энергетики и защиты окружающей среды (например, батареи, конденсаторы, всевозможные датчики) до информационных и коммуникационных технологий (резистивные запоминающие устройства, транзисторы). Такая популярность стала возможна благодаря ионному переносу в электролите, сопровождаемому электрохимическими процессами вблизи границы раздела между электродом и электролитом: образованием двойного электрического слоя, а также электрохимическим восстановлением и окислением. Управление ионным переносом особенно важно для работы таких электрохимических устройств, как конденсаторы, транзисторы, батареи, резистивные запоминающие устройства и т. д.

Обычные электрохимические устройства работают благодаря воздействию внешнего электрического поля через электроды, прикрепленные к устройству. Внешнее электрическое поле эффективно управляет ионами, которые имеют положительные или отрицательные заряды. 

Электрическое управление ионным переносом используется для большинства электрохимических устройств, но в то же время оно ограничивает структуру и выбор материалов для этих устройств. Так, для подключения к источнику напряжения нужны только электроды, а материалы электродов должны быть относительно проводящими, что затрудняет нанесение резистивных покрытий на электрохимические устройства. Пока используется традиционный принцип работы этих устройств, основанный на воздействии электрического поля на ионный перенос, такие ограничения непреодолимы.

Исследователи из японского Национального Института материаловедения решили изменить это правило. Ведь если для возбуждения ионов использовать не электрическое, а другое поле, есть шанс разработать новые электрохимические устройства без привычных ограничений.

Ученые предложили вместо электрического поля в электрохимических устройствах применить магнитный контроль.

Чтобы типичное электрохимическое устройство — двухслойный транзистор EDLT — заработало, был использован небольшой неодимовый магнит вместо электрического оборудования для возбуждения ионов. Магнитное поле в несколько сотен мТл позволяло генерировать электродвижущую силу с максимальным значением 130 мВ. Парамагнитные ионы FeCl4, обладающие превосходными транспортными свойствами, начали движение в жидком электролите — то есть электрическую проводимость удалось переключить при помощи магнитного поля.

Управление ионами при помощи магнитной индукции открывает еще одну область наноэлектроники и может оказать огромное влияние на эволюцию других электрохимических устройств. У открытия огромный потенциал для реализации инновационных устройств, которые были попросту невозможны с использованием традиционных подходов. Кроме того, это исследование стимулирует разработку высокоэффективных магнитных электролитов, а еще новый подход можно использовать для дистанционного управления электрохимическими устройствами, которое раньше было невозможно.