Двумерные проводники

Двуме́рные проводники́ — электропроводящие слои, толщина которых сравнима с длиной волны электрона.

Физические основы

Файл:Graphen new.jpg

Схематическое изображение графена — двумерного проводника

Толщина электропроводящего слоя двумерных проводников составляет примерно $10^{-1}-10$ нм, что равно длине волны электрона. Примерами естественных двумерных проводников могут служить неорганические кристаллы, обладающие анизотропией электропроводности, слоистые органические проводники. Характерной особенностью таких проводников является анизотропия проводимости: она высока в плоскости атомных слоёв и мала в поперечном направлении относительно этих слоёв.

Искусственные двумерные проводники — это тонкие металлические плёнки на поверхности диэлектрика, двумерный электронный газ над поверхностью диэлектрика, удерживаемый электрическим полем, и другие. При понижении температуры находящиеся в электронном газе электроны скапливаются на самых низких электрических уровнях, что эквивалентно двумерной электрической системе.

Гетероструктуры «металл — диэлектрик — полупроводник» (в частности, структуры на основе ${\ce {GaAs-AlGaAs}}$) также представляют собой двумерные проводники. Двумерный электронный газ формируется с помощью электронных потенциальных барьеров и изгибов энергетических зон вблизи них.

К двумерным проводникам относится графен — модификация углерода толщиной в один атом, являющийся самым электропроводящим двумерным материалом.

Применение

Двумерные проводники используются при создании полевых транзисторов и транзисторов в больших интегральных схемах и процессорах, поскольку позволяют осуществлять быстрое и удобное переключение из открытого состояния в закрытое, а также обладают преимуществом в том, что рассеяние электронов практически отсутствует, что резко уменьшает электрическое сопротивление транзисторов (т. н. транзисторы с нулевым электрическим сопротивлением), фактически превращая такие транзисторы в сверхпроводники, работающие не при низких температурах. Препятствием для массового производства является неоднородности получаемых плёнок и наличие в них межкристаллитных межзёренных границ. Перспективным материалом для подобных транзисторов считается дисульфид молибдена (${\ce {MoS2}}$) и металлический галлий (${\ce {Ga}}$), а также оксид олова (${\ce {SnO}}$), борофен (монослой бора, ${\ce {B}}$), и ниобата теллура (${\ce {Nb3SiTe6}}$).

Литература

• Калашников Н. В., Стоцкий Л. Р., Добрынина Н. П., Любимов Н. Г., Смирнов В. И., Тарасов Д. А. Единицы измерения и обозначения физико-технических величин. Справочник. — Москва : Изд-во «Недра», 1966.
• Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. — Москва : Физматлит, 2005.
• Сивухин Д. В. Общий курс физики. Т. 3. Электричество. — Москва : Физматлит, 2014.

Ссылки

• Двумерные проводники

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Двумерные проводники», расположенная по адресу: — «https://ru.ruwiki.ru/wiki/Двумерные_проводники» Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».