Niemieckie prace nad ograniczeniem oporności

Niemieckie prace nad ograniczeniem oporności

Niemieccy naukowcy podczas badań ruchu elektronów w czasie rzeczywistym, zaobserwowali początek szybkiego powstawania oporności elektrycznej w półprzewodnikach. Takie prace pozwolą na lepsze poznanie zjawiska oporu elektrycznego. W przyszłości może okazać się to przydatne do projektowania wydajniejszych i szybszych urządzeń elektronicznych. Ułatwi to także znalezienie nowych metod ograniczających oporność.

Ruch elektronów wbrew pozorom nie zawsze jest płynny. Zderzają się one bardzo często z wibrującymi atomami lub innymi zanieczyszczeniami. Takie kolizje zazwyczaj trwają niezwykle krótko – 100 famtosekundy (10 -13sekundy)
Mimo tego, iż kolizje zdarzają się niezwykle często, to zachodzą także w określonym, skończonym czasie. Śledząc elektrony w niezwykle krótkim odcinku czasu (famtosekundy), można by zaobserwować moment, kiedy tuż po włączeniu akumulatora elektrony poruszają się swobodnie, aż do chwili pierwszej kolizji.

Tą obserwacją ruchów elektronów w półprzewodnikach zajmowali się niemieccy naukowcy. Krótkie teraherzowe impulsy światła były używane zamiast akumulatorów (światło podobnie jak bateria ma swoje pole elektryczne), aby znacząco przyspieszyć generację swobodnych elektronów w kawałku arsenku galu. Te przyspieszone elektrony wygenerowały kolejne pole elektryczne. Po zmierzeniu go w fatmosekundach można precyzyjne zbadać ruch elektronów. Badania wykazały, iż elektrony poruszają się bez kolizji w kierunku pola elektrycznego w czasie, gdy bateria jest po raz pierwszy włączona. Później z powodu zderzeń prędkość spada.

Naukowcy określili także typ kolizji szczególnie odpowiedzialny za utratę szybkości przez elektrony. Zadziwiające jest to, że najczęściej kolizje zdarzały sie nie z wibrującymi atomami, lecz z pozytywnie naładowanymi cząstkami zwanymi dziurami. Taka dziura to po prostu brakujący elektron w wartościowym paśmie walencyjnym półprzewodnika. Można ją zobaczyć jako dodatnie naładowaną cząsteczkę o masie 6 razy większej niż elektron. Optyczne wzbudzenie półprzewodników generuje swobodne elektrony i dziury, które impulsy Thz przesuwają w przeciwnych kierunkach.

Zdaniem naukowców takie doświadczenia zaprocentują w przyszłości nowymi technologiami ograniczającymi oporność elektryczną.

(ma)