Kaksiulotteisuudella tehostaen

Kaksiulotteisien materiaalien uudet nanorakenteet lupaavat harppausta uudenlaiseen elektroniikkaan

Tokion Metropolitan Universityn tutkijat ovat kehittäneet monikerroksisia siirtymämetallidikalkogenidien (TMDC) nanorakenteita, joissa muodostuu tasossa olevia liitoksia. Näistä rakenteista he loivat uudenlaisen tunnelikenttätransistorin (TFET), jotka voivat olla integroitujen piirien komponentteja erittäin alhaisella virrankulutuksella.

Tunnelointi-FET (TFET) edustaa lupaavaa vaihtoehtoa. Se perustuu kvanttitunnelointiin, jossa elektronit voivat kulkea näennäisesti läpäisemättömien esteiden läpi kvanttimekaanisen ilmiön ansiosta.

Tämän tekniikan skaalautuvan toteutuksen kehittäminen on ollut kuitenkin edelleen haaste mutta kemiallisen höyrypinnoituksen (CVD) avulla ryhmä osoitti, että he pystyivät kasvattamaan erilaista TMDC:tä substraatille tasossa olevan liitoksen, jossa on useita kerroksia. Aikaisempi työ TMDC-liitoksilla koski pääasiassa päällekkäin pinottuja yksikerroksisia kerroksia.

Erityisesti ryhmän menetelmä on skaalattavissa suurille alueille, mikä tekee siitä sopivan mikropiirien valmistukseen. Tällä uraauurtavalla kehityksellä on suuri lupaus modernin elektroniikan tulevaisuudelle.

MIT:n tutkijat ovat puolestaan osoittaneet uuden teknologian, joka voi tehokkaasti kasvattaa kaksiulotteisia siirtymämetallidikalkogenidimateriaalien (TMD) kerroksia suoraan täysin valmistetun piisirun päälle mahdollistaen tiheämmän integroinnin.

2D-materiaalien kasvattaminen suoraan pii-CMOS-kiekolle on ollut suuri haaste, koska prosessi vaatii yleensä noin 600 celsiusasteen lämpötiloja, kun taas piitransistorit ja -piirit voivat rikkoutua yli 400 asteen kuumennettaessa.

Nyt onnistuttiin kehittämään matalan lämpötilan kasvuprosessin, joka ei vahingoita sirua. Teknologian ansiosta 2D-puolijohdetransistorit voidaan integroida pystysuuntaan suoraan tavallisten piipiirien päälle.

Intian Bombayn teknologiainstituutin tutkijat ovat sen sijaan kehittäneet huonelämpötilaisen täysoptisen laaksotransistorien kytkennänvaihdon kaksiulotteisista materiaaleissa.

2D-materiaaleissa olevilla elektroneilla on lisäominaisuus nimeltä Valley pseudospin, joka liittyy paikallisiin energiaminimeihin. Niissä on kaksi laaksoa, joita voidaan pitää binääriyksiköinä, kuten 0 ja 1 ja niiden superpositioina, jotka ovat ratkaisevia kvanttitekniikoille.

Näiden laaksojen toimintojen ohjaamiseen käytetään kolmen lyhyen valopulssin sarjaa. Tämä työ ylittää nykyisen laaksotroniikan paradigman ja tuo mahdollisuuden laaksotransistorien toiminnalle petahertsien (PHz) nopeuksilla.

Professori Gopal Dixitin mukaan "2D-materiaalisten laaksotransistoreiden saatavuuden ansiosta pienet kvanttitietokoneet, jotka toimivat huoneenlämmössä, aivan kuten tavalliset tietokoneet, voivat olla todellisuutta lähitulevaisuudessa."

Aiheista aiemmin:

Transistoreita kutistaen

Miljoona kertaa nopeampaa tietotekniikkaa