Учёные научились «шевелить» атомами для создания более эффективной электроники

Ведран Елич и Тайлер Коккер. Автор: Университет штата Мичиган

Исследователи из Университета штата Мичиган разработали метод использования быстрого лазера для «шевеления» атомов, что временно изменяет свойства материала. Этот подход может привести к созданию более компактных и энергоэффективных электронных устройств, включая смартфоны.

Тайлер Коккер, доцент Колледжа естественных наук, и Хосе Л. Мендоса-Кортес, ассистент-профессор инженерного колледжа и колледжа естественных наук, объединили экспериментальные и теоретические аспекты квантовой механики для расширения возможностей материалов, используемых в повседневной электронике. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Photonics.

«Этот опыт напомнил нам, что такое настоящая наука, поскольку мы обнаружили материалы, работающие неожиданным образом», — сказал Коккер. — «Теперь мы хотим сосредоточиться на чём-то технологически перспективном для будущего».

Используя материал вольфрама дителлурид (WTe₂), команда Коккера провела серию экспериментов с помощью специально созданного микроскопа. Этот сканирующий туннельный микроскоп способен отображать отдельные атомы на поверхности материала.

Учёные использовали сверхбыстрый лазер для создания терагерцовых импульсов света, сфокусированных на острие микроскопа. Это позволило «шевелить» верхним слоем атомов, слегка смещая его относительно нижних слоёв.

Сдвиговое движение в WTe₂, управляемое терагерцовыми полями. Автор: Nature Photonics (2025). DOI: 10.1038/s41566-025-01751-9

При воздействии лазерных импульсов верхний слой материала демонстрировал новые электронные свойства, не наблюдаемые при выключенном лазере. Исследователи осознали, что терагерцовые импульсы вместе с острием микроскопа можно использовать как нанопереключатель для временного изменения электрических свойств WTe₂.

Лаборатория Мендосы-Кортеса вычислила, что слои WTe₂ смещаются на 7 пикометров во время «шевеления», что трудно наблюдать только с помощью микроскопа. Квантовые расчёты также подтвердили соответствие частот колебаний атомов между экспериментом и теорией.

«Движение происходит только в самом верхнем слое, поэтому оно очень локализовано», — сказал Даниэль Мальдонадо-Лопес, аспирант лаборатории Мендосы. — «Это может потенциально применяться для создания более быстрых и миниатюрных электронных устройств».

Исследователи надеются, что их работа приведёт к использованию новых материалов, снижению затрат, увеличению скорости и улучшению энергоэффективности будущих телефонов и компьютерных технологий.