利用拓扑量子场效应克服晶体管中的玻尔兹曼极限
介观与纳米尺度物理
2022-03-08 v1
摘要
亚阈值摆幅是决定晶体管在低功耗应用（如开关）中工作的基本关键参数。它决定了用于开启和关闭器件的栅电容所带来的耗散比例，在传统晶体管中，它受玻尔兹曼极限限制为 kTln(10)/q，即每十倍频程 60 mV。在此，我们证明，在拓扑晶体管中，其导电由通过电场切换的拓扑相变实现，在非相互作用系统中，可通过顶栅电场调制 Rashba 自旋轨道相互作用来大幅降低亚阈值摆幅。我们将此称为拓扑量子场效应，并将该晶体管称为拓扑量子场效应晶体管（TQFET）。通过为具有蜂窝晶格的量子自旋霍尔材料建立通用理论框架，我们明确表明，在现有材料中，Rashba 相互作用可使亚阈值摆幅相比玻尔兹曼极限降低超过 25%，且不存在任何基本下限，这一发现可指导未来材料设计并推动拓扑量子器件的工程化。
引用
@article{arxiv.2012.03724,
title = {Overcoming Boltzmann's Tyranny in a Transistor via the Topological Quantum Field Effect},
author = {Muhammad Nadeem and Iolanda Di Bernardo and Xiaolin Wang and Michael S. Fuhrer and Dimitrie Culcer},
journal= {arXiv preprint arXiv:2012.03724},
year = {2022}
}
备注
14 pages, 4 figures, 1 table