Liukuma transistorin perustaksi

15.08.2024

MIT-Uudet-transistorit-superlatiiviominaisuuksilla-300-t.jpgVuonna 2021 MIT:n fyysikkojen johtama ryhmä raportoi uudenlaisen ultraohuen ferrosähköisen materiaalin kehityksestä eli materiaalista, jossa positiiviset ja negatiiviset varaukset erottuvat eri kerroksiin. Tuolloin he panivat merkille materiaalin potentiaalin sovelluksiin tietokoneen muistissa ja paljon muussa.

Nyt sama ydintiimi ja kollegat ovat rakentaneet transistorin tästä materiaalista ja osoittaneet, että sen ominaisuudet ovat niin hyödyllisiä, että se voi muuttaa elektroniikan maailmaa.

Vaikka ryhmän tulokset perustuvat nyt vain yhteen transistoriin laboratoriossa, "sen ominaisuudet täyttävät tai ylittävät jo alan standardit monilta osin nykyään valmistettujen ferrosähköisten transistorien osalta, sanoo" Pablo Jarillo-Herrero.

Taikuuden takana oleva materiaali on vain metrin miljardisosia paksu, lajissaan yksi maailman ohuimmista. Tämä puolestaan voisi mahdollistaa paljon tiheämmän tietokoneen muistin tallennustilan. Se voisi myös johtaa paljon energiatehokkaampiin transistoreihin, koska jännite, joka tarvitaan kytkemiseen skaalautuu materiaalin paksuuden mukaan.

Ferrosähköisessä materiaalissa positiiviset ja negatiiviset varaukset suuntautuvat spontaanisti eri puolille eli navoille. Ulkoista sähkökenttää käytettäessä nämä varaukset vaihtavat puolta kääntäen polarisaation.

Polarisoinnin vaihtamista voidaan käyttää digitaalisen informaation koodaamiseen, joka on myös haihtumatonta tai vakaata ajan myötä. Jotta ferrosähköisellä olisi laaja sovellus elektroniikassa, kaiken tämän on tapahduttava huoneenlämmössä.

Vuonna 2021 raportoitu ferrosähköinen materiaali perustuu atomin ohuisiin boorinitridilevyihin, jotka on pinottu rinnakkain, konfiguraatioon, jollaista luonnossa ei ole. Tavanomaisemmassa boorinitridissä yksittäiset boorinitridikerrokset kiertyvät sen sijaan 180 astetta.

Osoittautuu, että kun sähkökenttä kohdistetaan tähän rinnakkaisesti pinottuun konfiguraatioon, yksi kerros boorinitridimateriaalia liukuu toisen päälle, mikä muuttaa hieman boori- ja typpiatomien paikkoja.

"Joten ihme on, että liu'uttamalla kahta kerrosta muutaman angströmin saat radikaalisti erilaisen elektroniikan", Raymond Ashoori sanoo. Atomin halkaisija on noin 1 angström.

Toinen ihme: "liussa ei kulu mikään", Ashoori jatkaa. Siksi uusi transistori voidaan vaihtaa 100 miljardia kertaa ilman, että se heikkenee kuten flash-muisti.

Ashoori huomauttaa, että "tämän takana on paljon mielenkiintoista fysiikkaa", jota voitaisiin tutkia. Esimerkiksi "jos ajattelet kahden kerroksen liukumista toistensa ohi, mistä se liukuminen alkaa?" Lisäksi, Kenji Yasuda sanoo, voisiko ferrosähkön laukaista jollain muulla kuin sähköllä, kuten optisella pulssilla? Ja onko materiaalin tekemien kytkentöjen määrällä perusrajaa?

Haasteita jää. Esimerkiksi nykyinen tapa valmistaa uusia ferrosähköjä on vaikea eikä edistä massatuotantoa. "Teimme vain yhden transistorin demonstraatiotarkoituksiin.

Ashoori päättää: "On muutamia ongelmia. Mutta jos ne ratkaistaan, tämä materiaali sopii niin monella tavalla mahdolliseen tulevaisuuden elektroniikkaan. Se on hyvin jännittävää."

Aiheesta aiemmin:

Monipuolinen ferrosähköisyys

Atomin ohut transistori puolittaa muutosjännitteen

15.02.2025Kupariset kukat kukkivat keinolehdillä
14.02.2025Kvanttiverkot vakaammiksi yhteyksiä lisäämällä
14.02.2025Lomittumista makrotasolla
13.02.2025Atomien avulla parempia metamateriaaleja
13.02.2025Käänteinen suunnittelu pelin muuttajana fysiikassa
12.02.2025Metamateriaali piin pinnalla vauhdittaa elektroneita
12.02.2025Porttiohjattavilla kaksiulotteisilla TMD:llä spintronisia muisteja
11.02.2025Omavoimainen älyanturi poistaa haavanhoidon kivun
11.02.2025Printattavia monimolekyylisiä biosensoreita
10.02.2025Muisti-innovaatiot tasoittavat tietä EU:n tietotekniikan riippumattomuudelle

Siirry arkistoon »