Как сообщает пресс-релиз Массачусетского технологического института (MIT), его исследователи создали транзистор с использованием сегнетоэлектрического материала, который может повлиять на развитие электроники. Этот материал является ультратонким и разделяет положительные и отрицательные заряды на разные слои.
Исследования провела команда ученых, созданная еще в 2021 году под руководством испанского физика, специалиста в области экспериментальной физики конденсированных сред профессора Пабло Харилло-Эрреро. Проведенные эксперименты показали, что новый транзистор превосходит современные отраслевые стандарты по нескольким ключевым аспектам.
В центре нового транзистора находится сегнетоэлектрический материал, уложенный в параллельную конфигурацию, что не встречается в природе. При приложении электрического поля слои слегка скользят друг по другу и изменяют положение атомов бора и азота, что существенно меняет электронные свойства материала.
“В моей лаборатории мы в основном занимаемся фундаментальной физикой. Это один из первых и, возможно, самых впечатляющих примеров того, как фундаментальная наука привела к чему-то, что может оказать существенное влияние на прикладные приложения”, - сказал Харилло-Эрреро в интервью MIT News .
Как отмечают ученые, новый транзистор отличается от обычной электроники впечатляющим набором возможностей. В частности, он может переключаться между положительным и отрицательным зарядами — по сути, нулями и единицами — с наносекундной скоростью. Эта способность к быстрому переключению является ключевой для высокопроизводительных вычислений и обработки данных.
Еще весьма примечательной особенностью является долговечность транзистора. По словам команды, транзистор не проявил никаких признаков разрушения даже после 100 миллиардов переключений. Для сравнения, обычные устройства флэш-памяти подвержены износу и требуют сложных методов распределения операций чтения и записи по всему чипу.
Как отмечают эксперты, ультратонкий транзистор толщиной всего в миллиардные доли метра открывает возможности для создания гораздо более плотной компьютерной памяти, а также более энергоэффективных транзисторов.
Исследователи MIT признают, что, несмотря на кажущийся безграничным потенциал, еще предстоит решить ряд проблем, прежде чем технология получит широкое распространение. “Мы изготовили один транзистор для демонстрации. Если бы люди могли выращивать эти материалы на пластинах, мы могли бы создать гораздо больше”, - отметили ученые в пресс-релизе MIT.
Исследовательская группа также изучает возможность получения сегнетоэлектричества с помощью альтернативных методов, таких как оптические импульсы, и проверяет пределы коммутационных способностей материала, среди прочих возможностей. При этом ученые отмечают, что определенные трудности в этой работе обусловлены тем, что традиционный метод производства этих новых сегнетоэлектриков сложен и не подходит для массового производства. “Есть несколько проблем. Но если вы решите их, этот материал во многом подойдет для электроники будущего. Это очень интересно”, - заключают они.
Подробная информация об исследовании команды Массачусетского технологического института опубликована в журнале Science.
В сегнетоэлектрическом материале положительные и отрицательные заряды самопроизвольно направляются в разные стороны, или к полюсам. При приложении внешнего электрического поля эти заряды меняются сторонами, меняя поляризацию на противоположную. Переключение поляризации может быть использовано для кодирования цифровой информации, и эта информация будет энергонезависимой или стабильной с течением времени. Она не изменится, если не будет приложено электрическое поле. Чтобы сегнетоэлектрик нашел широкое применение в электронике, все это должно происходить при комнатной температуре.
Что же касается нового сегнетоэлектрического материала, то он основан на атомарно тонких листах нитрида бора, уложенных параллельно друг другу, - конфигурации, не существующей в природе. В объемном нитриде бора отдельные слои нитрида бора вместо этого поворачиваются на 180 градусов. Когда к этой параллельной конфигурации прикладывается электрическое поле, один слой нового материала из нитрида бора скользит по другому, слегка изменяя расположение атомов бора и азота. Сдвинув два слоя на несколько ангстрем, можно получить совершенно другую электронику.