金斯维尔（26 年 2024 月 XNUMX 日）——德克萨斯农工大学金斯维尔分校的两位电气工程教授正在利用微小物体和超低温引起轰动。弗兰克·H·多特维奇工程学院电气工程和计算机科学系的教授 Reza Nekovei 博士和 Amit Verma 博士最近在《 IEEE 纳米技术汇刊，该领域的知名期刊。
他们的论文 单壁碳纳米管环栅场效应晶体管的低温行为研究了由纳米材料构成的电子设备或开关如何在超低温范围内工作，以及它们是否适合用于此类应用。
“在过去的二十年里，纳米材料的应用已经无处不在，涵盖了现代生活的各个方面——从强化日常使用的结构和材料；清洁剂、救命药物和化妆品的定向投放；高效发电；以及开发先进而强大的电子电路和系统，”Nekovei说。
“这一进步恰逢电子应用领域进入有趣且具有挑战性的前沿，”Verma 说道。“其中包括深空应用和量子计算领域。所有这些定义未来的应用都有一个共同点——电子系统需要在广泛的超低温范围内工作。
“极端温度是外太空的常见特征。当前的量子计算技术也需要极低的温度才能使这些系统有效运行，”他补充道。
他们为这个项目研究的设备是全栅场效应晶体管，这是半导体行业正在探索的最新场效应晶体管设备设计之一。他们表示，在这项工作中，他们还考虑使用碳纳米管作为设备内的载流通道，并模拟了其在 -452°F 至 -64°F 各种温度下的运行情况。
维尔马表示，碳纳米管是由碳原子组成的管，其厚度为纳米级，大约比人类的头发细 50,000 倍。
“我们的工作依赖于 Javelina 工程中心的高性能计算集群的大量使用，”Verma 说道。“这项工作涉及部署我们开发的数千行计算机代码，以追踪每个电子在设备内移动并传输电力时的路径。”
他们发现温度对设备的行为有着深远的影响，但幸运的是，这是意料之中的。“温度越低，设备输出的功率就越高，”Verma 说。“这是因为电阻会随着温度的降低而降低，从而导致相同电压下电流更大。”
最重要的是，他们发现如此低的温度对器件的工作没有任何有害影响。“从质量上看，无论是在高频千兆赫兹开关下还是在稳态直流条件下，器件的表现都符合预期，”他补充道。
他们探索的另一个重要方面是几十年前提出的一个猜想，即在由纳米管或纳米线等纳米材料组成的设备中，特别是在极低温度下、在稳态直流条件下，可能出现高频太赫兹噪声。
“我们发现没有任何此类噪音，”内科维说。“这可能使由纳米材料组成的低温设备对包括太空和量子计算在内的小众应用更具吸引力。”
这些结论是 Verma 和 Nekovei 正在进行的研究工作的一部分，旨在探索纳米材料在极端环境中的应用。最初的基础是在三年前通过 NASA 喷气推进实验室的资助奠定的。Verma 还担任了《 《纳米技术前沿》杂志刊登的《极端环境下的纳米材料》.
-塔木克-
