Чипы с охлаждёнными электронами снизят энергопотребление в 10 раз

Специалисты техасского университета Arlington впервые создали электронное устройство, которое способно охлаждать электроны до температуры -228 градусов по Цельсию без применения внешней системы охлаждения. Сам чип работает при комнатной температуре, зато «квантовый колодец» внутри охлаждает электроны до криогенных температур. Эта возможность позволяет преодолеть одну из главных проблем полупроводниковых чипов в виде нагревания, открывая путь к повышению производительности и снижению энергопотребления вычислительных устройств. Исследователи уверены, что по сравнению с нынешними устройствами разработка позволит уменьшить энергопотребление в 10 раз.

Квантовый колодец представляет собой узкий зазор между двумя полупроводниковыми материалами. Только электроны с определёнными характеристиками, достигнув края материала, способны преодолеть зазор. В рассматриваемом случае это электроны с низким энергетическим уровнем (холодные электроны).

Как только через квантовый колодец начинает протекать стабильный поток электронов, в цепь можно включать другие компоненты, такие как транзисторы. Исследователи создали одноэлектронные транзисторы (single-electron transistors, SET) - это высокоэффективные транзисторы, чрезвычайно чувствительные к воздействию температур, по причине чего обычно их приходится охлаждать жидким гелием. Но не в данном случае - теперь они работали при комнатной температуре за счёт охлаждённых электронов.

Остаётся вопрос интеграции подобных квантовых колодцев в существующие электронные устройства. 10-кратное снижение расхода энергии позволит увеличить продолжительность работы устройств, уменьшить их размеры и вес, повысить производительность. В дальнейших исследованиях планируется снизить температуру электронов до абсолютного нуля - 0 К или -273,15 по Цельсию.