Одну из важных проблем в разработке новейших электронных компонентов для управления током, основанных на квантовых эффектах, решили учёные Саратовского университета. По их словам, проведённые расчёты радиационного теплового обмена позволят сделать перспективные приборы более эффективными и долговечными. Статья опубликована в журнале «Scientific Reports».

Сверхминиатюрные усилители и генераторы на эффекте квантового резонансного туннелирования электронов – перспективные приборы для управления током. По структуре они аналогичны «старинным» вакуумным лампам, но не требуют вакуума из-за нанометровых размеров, объяснили учёные.

По словам авторов исследования, отличительная особенность резонансно-туннельных приборов по сравнению с современными полупроводниковыми аналогами – возможность управления токами выше в 10000–1000000 раз из расчёта на единицу площади устройства.

Эти приборы, как объяснили специалисты, имеют самые широкие перспективы применения практически во всех областях современной электроники. В первую очередь они будут востребованы в передовых системах связи и радиолокации, а также при создании экранов и диодов нового поколения.

Команда учёных университета имени Чернышевского, занятая активной разработкой резонансно-туннельных приборов, решила одну из проблем в проектировании электронных компонентов этого класса.

«Прохождение тока высокой плотности через миниатюрные электроды вызывает их нагрев и может привести к выгоранию, поэтому при проектировании наноразмерного триода необходимо детально рассчитать энергетический баланс прибора, иначе он получится низкоэффективным или не получится вовсе», – объяснила заведующая кафедрой радиотехники и электродинамики СГУ О.Е. Глухова.

Так как сетку, управляющую током в резонансно-туннельных приборах, предполагается изготавливать из углеродных нанотрубок, необходимы расчёты того, какую роль в общем энергетическом балансе прибора играет обмен теплом между ними, объяснили учёные.

«Расстояния между элементами прибора составляют всего несколько нанометров, поэтому, кроме обычной теплопроводности, большую роль в энергетическом балансе может играть передача тепла за счёт электромагнитных волн ближнего поля, так называемый радиационный тепловой обмен», – отметила Ольга Евгеньевна.

Специалисты СГУ смогли установить зависимость радиационного теплового обмена между углеродными нанотрубками от того, обладают ли они полупроводниковыми свойствами или металлическими. Учёным также удалось найти решение задачи для сложной геометрии с учётом динамической поверхностной проводимости у нанотрубок.

В дальнейшем научный коллектив намерен разработать методики учёта нестационарных явлений теплообмена в резонансно-туннельных структурах полевой эмиссионной электроники.

Исследование выполнено при поддержке Российского фонда научных исследований. Направление, в рамках которого проводится данное исследование, входит в стратегический проект Саратовского государственного университета «ИКТ – электроника» программы «Приоритет 2030».

Новость опубликована на сайте «РИА новости» в разделе «Наука».