Электронные лампы были базовыми элементами компьютеров первого поколения, но еще в 1960-х, с изобретением транзисторов, почти полностью вышли из употребления. Нанотехнологии могут дать им новую жизнь.
Нанолампы: Иногда они возвращаются

Сегодня электронные лампы используются лишь в электронике, от которой требуется повышенная выживаемость, особенно в условиях воздействия радиации, — то есть, в военной и космической технике. Можно встретить их и в аналоговых звуковых системах высочайшего класса, но это уже скорее пережиток прошлого. Словом, обычный человек об электронных лампах давно забыл — но новые технологии заставляют о них вспомнить.

В принципе, электронные лампы во многом напоминают обычные лампочки накаливания. Они представляют собой стеклянные емкости (вакуумные или наполненные газом) с расположенным внутри проводящим (и нагревающимся) электродом. В данном случае, это катод, а анод находится на «макушке» лампы. Кроме того, катод окружает тонкая металлическая сетка. В результате происходит следующее. Нагреваясь, катод начинает испускать поток электронов, которые устремляются к положительному аноду. Скорость движения этого потока можно контролировать, меняя заряд металлической сетки. Например, если изначально поток очень слаб, его можно заметно ускорить, тем самым усилив сигнал — так действует ламповый усилитель.

Легко понять, почему транзисторы столь быстро вытеснили лампы из компьютерной техники: каждая лампа требует изрядно энергии не только для нагрева катода, но и для отвода лишнего тепла. Компьютер, состоящий из десятков тысяч ламп, будет потреблять столько, что для него может потребоваться небольшая электростанция! И это не считая стоимости производства и громоздкости конструкции. Полупроводниковые транзисторы и лучше, и дешевле ламп, они на порядки компактнее, ими легче манипулировать… Они дали нам современную электронику.

Но все-таки, транзисторы не во всем лучше ламп: отдельный транзистор работает медленнее отдельно взятой лампы, хотя бы потому что электроны в твердом теле движутся медленнее, чем в газе или вакууме. Из-за деградации кремниевой структуры они легко разрушаются под действием радиации. Словом, есть и у ламп свои преимущества, из-за которых военные и космические конструкторы вовсю продолжают их использовать.

Новое устройство, предложенное группой американских ученых во главе с Мейя Мейяппаном (Meyya Meyyappan), демонстрирует преимущества и транзисторов, и ламп. Оно компактно и просто в производстве — и при этом устойчиво к радиации. «Нано-электронная лампа» получается вырезанием крохотной полости в кремнии, допированном фосфором. По границам ее помещаются три электрода (они выполняют роли катода, анода и сетки в электронной лампе).

По оценке авторов, частота работы такого устройства может достигать 0,46 ТГц, вдесятеро превышая возможности самых быстрых современных транзисторов. При этом размеры полости настолько малы, что необходимость искусственно поддерживать в ней вакуум отпадает: электроны, путешествующие через нее, и так имеют крайне мало шансов столкнуться с атомами. Это намного упрощает всю конструкцию.

Стоит сказать, что пока что эта «нано-электронная лампа» — лишь концепт, а не полноценно работающее устройство, хотя бы потому, что рабочие характеристики его не дотягивают до транзисторных. Однако потенциал новой технологии может оказаться весьма велик — если не для меломанов, то хотя бы для военных и для космонавтики.

По публикации ScienceNOW