Всего два атома — толщина самого тонкого в мире устройства для хранения данных

Устройство, созданное учеными из Тель-Авивского университета, состоит из двух слоев бора и азота и имеет повторяющуюся гексагональную структуру. Благодаря квантово-механическому эффекту, называемому квантовым туннелированием, электроны атомов этих элементов могут перемещаться через промежуток между двумя слоями, изменяя состояние устройства и позволяя ему кодировать цифровую информацию.

Этот принцип похож на тот, благодаря которому работают современные вычислительные устройства. Сердце компьютеров содержит множество крошечных кристаллов, каждый из которых состоит примерно из миллиона атомов, уложенных в ряд слоев по 100 атомов. Когда электроны перемещаются через промежутки между слоями, компьютеры могут переключаться между двумя двоичными состояниями (0 и 1), которые составляют основу единицы цифровой информации — бита.

Естественное трехмерное состояние вышеописанных кристаллов предполагает множество слоев, помещенных друг над другом и повернутых на 180 градусов относительно соседнего слоя. Создатели новой разработки сумели искусственно выложить слои параллельно и без вращения. Так получилось идеальное перекрытие из атомов.

Квантовое туннелирование позволяет частицам (в данном случае электронам) проходить через, казалось бы, непроходимые барьеры. Это происходит, потому что в квантовой физике частицы существуют одновременно как волны и как частицы; эти волны представляют собой прогнозируемые вероятности существования частицы в данном пространстве. Именно эта способность позволяет электронам перемещаться между слоями бора и азота в устройстве.

Причем эти два слоя не идеально выровнены — вместо этого они немного сдвигаются относительно центра друг друга, так что противоположные заряды каждого слоя перекрываются. Это заставляет свободные электроны (отрицательно заряженные) двигаться к одному слою, а положительно заряженные атомные ядра — к другому, создавая небольшую электронную поляризацию. Таким образом, внутри устройства одна сторона заряжена положительно, а другая — отрицательно.

Регулируя то, как один слой соотносится с другим, можно изменить поляризацию на противоположную, переведя устройство из одного двоичного состояния в другое, а вместе с ним и сохраненную информацию.

Уменьшая размер технологии до двух слоев атомов, исследователи смогли ускорить движение электронов. Ускорение электронов позволит сделать будущие устройства более быстрыми и энергоэффективными.

Во время развития вычислительной техники в конце 20-го и начале 21-го веков рост вычислительной мощности компьютеров описывался законом Мура, который гласит, что количество транзисторов, которые могут поместиться на микросхеме, удваивается каждые два года с соответствующим увеличением производительности. Но по мере того, как производители микросхем достигают фундаментальных физических ограничений минимального размера транзисторов, эта тенденция замедляется. Исследователи надеются, что электронные чипы, основанные на конструкции нового устройства, могут дать новый толчок развитию вычислительной техники.