Создан первый в своем роде топологический акустический транзистор

Топологические акустические транзисторы

На свете существуют так называемые топологические материалы, внутри которых электроны перемещаются лишь по поверхности или по граням материала практически без потерь энергии. Эти материалы считаются крайне перспективными для создания электроники следующих поколений, высокоэффективной и малогабаритной. Но пока еще существует одна проблема, которую так и не удалось преодолеть ученым, транзисторы на базе топологических материалов не могут быть включены или выключены без рассеивания электронов, а значит без потерь энергии.

Недавно исследователи из Гарвардского университета закончили ряд расчетов и моделирований, объектами которых являются так называемые топологические акустические транзисторы, устройства, управляющие звуковыми волнами, а не потоками электронов. Обнаруженные учеными новые принципы и рассчитанная архитектура топологического транзистора позволили им создать универсальный акустический ключ, способный пропускать или прерывать поток звуковых колебаний.

«К сожалению, использованные нами материалы и принципы вряд ли могут быть использованы для создания электронного топологического транзистора» — рассказывает Дженни Хоффман (Jenny Hoffman), профессор из Гарвардского университета, — «Однако, новые принципы имеют самое непосредственное отношение к квантовым материалам и фотонным кристаллам, что дает надежду для использования всего этого в будущих оптических и оптоэлектронных устройствах».

Основой топологического акустического транзистора является решетка из металлических столбиков, сформированная в виде сотовидной структуры на поверхности материала, имеющего высокий коэффициент теплового расширения. На обратной стороне пластины создана подобная решетка, столбики которой имеют меньшие размеры и меньший шаг между ними. Эти различия, определяющие топологические свойства материала, позволяют или не дают проходить звуковым волнам вдоль образованного канала транзистора.

Второй частью транзистора является устройство, выполняющее преобразование ультразвуковых колебаний в тепло. Это тепло воздействует на пластину, которая расширяется и изменяет топологию решетки на ее поверхности, позволяя акустическим волнам проходить сквозь канал. Все это вместе работает, подобно обычному транзистору, когда электроны, проходящие через одну область (переход база-эмиттер) позволяют проходить электронам через другую область (переход эмиттер-коллектор).

Принципы, лежащие в основе работы топологического акустического транзистора легко масштабируются. Они могут успешно работать с ультразвуковыми частотами и с субмиллиметровыми акустическими колебаниями, которые раньше передавались только в виде поверхностных акустических волн (ПАВ). И все это вместе позволит обойти ограничения, которые не дают возможность реализовать все возможности интегрированных фононных устройств.

В ближайшем будущем ученые планируют сделать демонстрационные версии топологических акустических транзисторов, которые студенты или посетители выставки смогут потрогать, переключить и в прямом смысле услышать результаты своих действий.

Share Button

Материалы по теме:

Летающий микрочип — самый маленький летательный аппарат, созданный людьми на сегодняшний день
Инженеры и ученые из Северо-Западного университета Northwestern University снабдили микрочипы совершенно новой для них способностью - способностью самостоятельно летать в воздухе. Конструкция таких летающих ...
Создан самый маленький и самый эффективный акустический усилитель
Ученые из Национальной лаборатории Сандиа (Sandia National Laboratories) создали то, что можно назвать самым маленьким и самым эффективным акустическим усилителем в мире. В основе ...
Найден материал, являющийся проводником тепла и теплоизолятором одновременно
Всем известно, что практически любые электронные устройства нагреваются во время своей работы. Тепло, являющееся побочным продуктом, значительно влияет на конструкцию электронных устройств, для того, ...
Создано новое устройство памяти, способное работать при высокой температуре
На поверхности Меркурия в светлое время суток температура может подниматься до отметки в 430 градусов Цельсия. Приблизительно такая же температура, на уровне 462 градусов ...
Крошечные и невероятно яркие — ученые создали новый тип наноразмерных светодиодов
Группа исследователей, возглавляемая учеными из американского Национального института стандартов и технологий (NIST), создала светодиодный источник света совершенно нового типа. Эти крошечные светодиоды демонстрирую невероятно ...
You can skip to the end and leave a response. Pinging is currently not allowed.

Leave a Reply

Яндекс.Метрика