Maleńkie tranzystory z MIT mogą zrewolucjonizować efektywność energetyczną w elektronice dzięki mechanice kwantowej
WarsawNaukowcy z MIT dokonali istotnego postępu w zwiększaniu wydajności elektroniki, tworząc niezwykle małe tranzystory o szerokości zaledwie kilku nanometrów. Ta innowacja, oparta na odkryciach w dziedzinie mechaniki kwantowej, ma na celu przekroczenie obecnych ograniczeń tranzystorów wykonanych z krzemu. Tranzystory krzemowe napotykają fizyczne przeszkody, które uniemożliwiają ich działanie przy niższych napięciach, co zmniejsza ich efektywność energetyczną. Zespół MIT próbuje rozwiązać ten problem za pomocą mikroskopijnych tranzystorów z materiałów takich jak antymonid galu i arsenek indu.
Nanoskalowe tranzystory mają kilka istotnych zalet:
- Funkcjonują przy niższym napięciu niż tradycyjne tranzystory, co zwiększa efektywność energetyczną.
- Ich pionowa, trójwymiarowa konstrukcja umożliwia tworzenie bardziej kompaktowych i wydajnych układów.
- Efekty tunelowania kwantowego i zamknięcia przestrzennego podnoszą ich wydajność.
Te tranzystory działają inaczej niż tradycyjne, ponieważ wykorzystują tunelowanie kwantowe. Dzięki temu procesowi elektrony mogą przechodzić przez bariery zamiast omijać je. Umożliwia to urządzeniu szybsze i bardziej efektywne przełączanie między stanem włączonym a wyłączonym. Ograniczenie elektronów do bardzo małych przestrzeni poprawia ich zachowanie, wzmacniając tunelowanie i zwiększając przepływ prądu, co ma kluczowe znaczenie dla zastosowań wymagających dużych prędkości.
Ta technologia umożliwia instalację większej liczby tranzystorów na pojedynczym układzie, co zwiększa moc obliczeniową i przyspiesza wykonywanie obliczeń, co ma kluczowe znaczenie dla sztucznej inteligencji. W branżach wymagających szybkiego przetwarzania danych, takich jak centra danych czy badania naukowe, może to prowadzić do znacznych popraw w zakresie efektywności i wydajności.
Mimo że te mikroskopijne tranzystory mają potencjał na przyszłość, napotykają trudności w drodze na rynek. Tworzenie urządzeń o tak niewielkich rozmiarach—zaledwie kilka nanometrów—wymaga niezwykle precyzyjnej produkcji. Nawet małe różnice w rozmiarach mogą zmienić zachowanie elektronów i wpłynąć na wydajność urządzeń. Naukowcy z MIT intensywnie pracują nad doskonaleniem metod produkcji, aby zapewnić jednorodność każdego układu scalonego.
Tranzystory tunelowe mogą w przyszłości zastąpić krzem w wielu urządzeniach elektronicznych. Oferują one mniejsze zużycie energii i większą moc obliczeniową, co może zrewolucjonizować urządzenia takie jak smartfony i superkomputery. Choć obecnie znajdują się głównie w laboratoriach badawczych, te niewielkie innowacje mogą stać się kluczem do bardziej wydajnej elektroniki w nadchodzących latach.
Badanie jest publikowane tutaj:
http://dx.doi.org/10.1038/s41928-024-01279-wi jego oficjalne cytowanie - w tym autorzy i czasopismo - to
Yanjie Shao, Marco Pala, Hao Tang, Baoming Wang, Ju Li, David Esseni, Jesús A. del Alamo. Scaled vertical-nanowire heterojunction tunnelling transistors with extreme quantum confinement. Nature Electronics, 2024; DOI: 10.1038/s41928-024-01279-wUdostępnij ten artykuł