Квантовомеханический эффект резонансного туннельного перехода заключается в переходе электронов под действием определённого электрического напряжения из одной квантовой ямы (квантового состояния) в другую. Это напряжение может использоваться для перевода электрона в одно из двоичных (ON или OFF) состояний, что позволяет применить резонансное туннелирование в быстродействующих коммутаторах для нового класса энергоэффективной электроники.

Для того, чтобы туннелирование происходило точно при заданном значении напряжения, в материале не должно быть никаких дефектов. Это условие значительно ограничивает диапазон пригодных материалов и практическую применимость технологии.

Научный коллектив во главе с сотрудниками Окриджской Национальной Лаборатории смог получить тонкие пленки из практически бездефектных кристаллических оксидных материалов, демонстрирующие эффект резонансного туннелирования. Это означает, что выращенные учеными структуры обладают необходимыми свойствами для разработки коммутаторов.

Для создания пленок сложных оксидов использовался метод импульсной лазерной эпитаксии. Эти пленки образовывали интерфейсы атомарной чистоты, на каждом из которых локализовался двумерный электронный газ (2DEG), играющий роль квантовой ямы. Электроны могли пересекать барьер между квантовыми ямами, разделёнными слоем атомарной толщины. В момент перехода проводимость материала изменялась на пять порядков: из изолятора (OFF) он превращался в проводник (ON).

Об итогах работы, позволяющих углубить понимание эффекта резонансного туннелирования и способствующих созданию эффективных устройств оксидной электроники, сообщалось в статье журнала Nature Communications.