Учените са разработили най-тънката технология в света, малко устройство с дебелина само два атома, което може да се използва за съхраняване на електронна информация.

Устройството се състои от два слоя, единият съставен от бор, а другият от азот, подредени в повтаряща се шестоъгълна структура. Като се възползват от странния квантово-механичен ефект, наречен квантово тунелиране, електроните от атомите на бор и азот са в състояние да ципират през процепа между двата слоя, променяйки състоянието на устройството и му позволява да кодира цифрова информация.

Това е подобно на начина, по който работят съвременните изчислителни устройства. Сърцата на компютрите съдържат много малки кристали, всеки от които се състои от около милион атома, подредени в множество слоеве от 100 атома. Чрез преместването на електрони през пролуките между слоевете, компютрите могат да превключват между двете двоични състояния (0 и 1), които формират основата на основната единица цифрова информация, бита.

"В своето естествено триизмерно състояние този материал (кристалът) се състои от голям брой слоеве, разположени един върху друг, като всеки слой е завъртян на 180 градуса спрямо съседните", казва Моше Бен Шалом, физик от Университетът в Тел Авив и съавтор на изследването, разработило новата технология. "В лабораторията успяхме изкуствено да подреждаме слоевете в паралелна конфигурация без завъртане, което хипотетично поставя атоми от един и същи вид в перфектно припокриване въпреки силната отблъскваща сила между тях (в резултат на идентичните им заряди)."

Квантовото тунелиране позволява на частиците - в този случай електроните, да преминават през привидно непроходими бариери. Това е така, защото в квантовата физика частиците съществуват едновременно като вълни и частици, тези вълни са прогнозираните вероятности на частицата, съществуваща в дадено пространство. Подобно на вълната, която се разбива във вълнолом в морето и предизвиква по-малка вълна от другата страна, частиците, които съществуват като вълни, също има известна вероятност да съществуват от другата страна на бариерата.

Именно тази способност позволява на електроните да скачат между слоевете бор и азот на устройството.

В действителност двата слоя не са перфектно подравнени, а се плъзгат леко извън центъра един от друг, така че противоположните заряди на всеки слой да се припокриват, казват учените. Това кара свободните електрони (отрицателно заредени) да се движат към единия слой, а положително заредените атомни ядра към другия, създавайки малко количество електронна поляризация - едната страна е положително заредена, а другата отрицателно заредена, вътре в устройството. Чрез коригиране на начина, по който единият слой е свързан с другия, поляризацията може да бъде обърната - промяна на устройството от едно двоично състояние в друго, а заедно с това и съхранената информация.

"Нарушаването на симетрията, което създадохме в лабораторията, което не съществува в естествения кристал, принуждава електрическия заряд да се реорганизира между слоевете и да генерира малка вътрешна електрическа поляризация перпендикулярна на равнината на слоя. Когато прилагаме външно електрическо поле в обратна посока, системата се плъзга странично, като сменя ориентацията на поляризацията. Превключената поляризация остава стабилна дори когато външното поле е изключено. По този начин системата е подобна на дебелите триизмерни фероелектрични системи, които се използват масово в технологията днес."

Чрез намаляването на размера на технологията до само два слоя атоми, изследователите могат да ускорят движението на електроните. По-бързото движение на електроните може да направи бъдещите устройства по-бързи, по-малко плътни и енергийно по-ефективни.

По време на възхода на компютрите в края на 20 и началото на 21 век, нарастването на мощността на компютърната обработка е описано от закона на Мур, който казва, че броят на транзисторите, които могат да се поберат на чип, се удвоява на всеки две години, с придружаващо увеличение на производителността . Но тъй като производителите на чипове достигат фундаментални физически ограничения относно възможността за получаване на малки транзистори, тази тенденция се забавя. Изследователите се надяват, че електронните чипове, базирани на дизайна на новото устройство, могат да променят това забавяне.

"Надяваме се, че миниатюризацията и обръщането (поляризацията на устройството) чрез плъзгане ще подобри днешните електронни устройства и освен това ще позволи други оригинални начини за контрол на информацията в бъдещи устройства", се казва в изявлението.

Изследователите са публикували своите открития в списание Science.