Naukowcy opracowali nowy typ tranzystora, który według nich może „zmienić świat elektroniki” w ciągu najbliższych dwóch dekad.
Nowy tranzystor zbudowano z ultracienkiego materiału składającego się z ułożonych jedna na drugiej, równoległych warstw azotku boru. Naukowcy twierdzą, że tranzystor ten może przełączać się między ładunkami dodatnimi i ujemnymi w ciągu nanosekund i wytrzymuje ponad 100 miliardów cykli bez zużycia.
Dzięki temu jest idealny nie tylko do szybkich, energooszczędnych urządzeń elektronicznych, ale także do gęstszej pamięci masowej. Ponieważ azotek boru jest tak cienki — a napięcie potrzebne do przełączania polaryzacji skaluje się wraz z grubością — tranzystory wykonane z tego materiału miałyby wyjątkowo niskie zapotrzebowanie na energię.
W oświadczeniebadacze stwierdzili, że właściwości materiału „już spełniają lub przewyższają standardy branżowe” w porównaniu do istniejących materiałów tranzystorowych. Opublikowali swoje odkrycia 6 czerwca w czasopiśmie Nauka.
„W moim laboratorium zajmujemy się głównie fizyką fundamentalną. To jeden z pierwszych i być może najbardziej spektakularnych przykładów tego, jak bardzo podstawowa nauka doprowadziła do czegoś, co może mieć ogromny wpływ na zastosowania” – współautor badania Pabla Jarillo-Herreropowiedział w oświadczeniu profesor fizyki na MIT.
Azotek boru może przełączać się między ładunkami dodatnimi i ujemnymi w ciągu miliardowych części sekundy dzięki swojej ferroelektryczny właściwości. Termin ten jest używany do opisu materiałów, które mają spontaniczną polaryzację elektryczną (rozdzielenie ładunków dodatnich i ujemnych), którą można odwrócić, stosując pole elektryczne. W nowym materiale polaryzacja ta występuje ze względu na unikalne działanie ślizgowe warstw materiału, które ma miejsce, gdy jest on poddawany działaniu prądu elektrycznego. Gdy warstwy azotku boru przesuwają się względem siebie, pozycje atomów boru i azotu zmieniają się, powodując zamianę ładunków.
Naukowcy porównali ten proces do „ściskania rąk, a następnie delikatnego przesuwania jednej nad drugą”. Zmienia to właściwości elektroniczne materiału bez jego zużycia — w przeciwieństwie do pamięci flash wykonanej z konwencjonalnych materiałów.
„Za każdym razem, gdy zapisujesz i kasujesz pamięć flash, następuje pewna degradacja. Z czasem się zużywa, co oznacza, że musisz użyć bardzo wyrafinowanych metod, aby rozmieścić, gdzie czytasz i zapisujesz na chipie” – powiedział Raymonda Ashooriwspółautor badania i profesor fizyki na MIT, w oświadczeniu.
Ashoori dodał: „Kiedy myślę o całej mojej karierze w fizyce, to jest praca, która moim zdaniem za 10–20 lat może zmienić świat”.
Pomimo wszystkich obietnic, naukowcy przyznali, że napotkali trudności w uruchomieniu produkcji nowych ferroelektryków, co, jak zauważyli, było „trudne i nie sprzyjało masowej produkcji”. Naukowcy współpracują obecnie z innymi grupami przemysłowymi, aby rozwiązać ten problem.
„Gdyby ludzie potrafili wyhodować te materiały na skalę wafli, moglibyśmy stworzyć ich o wiele, wiele więcej” – powiedział współautor badania Kenji Yasudaadiunkt fizyki stosowanej i inżynierskiej na Uniwersytecie Cornell. „Jest kilka problemów. Ale jeśli je rozwiążesz, ten materiał pasuje na wiele sposobów do potencjalnej elektroniki przyszłości. To bardzo ekscytujące” — dodał Ashoori.
