Tranzystor, który może zmienić świat. Naukowcy chwalą się nowym pomysłem

Dlaczego to takie ważne? Tranzystory są kluczowym elementem w elektronice, stosowanym w praktycznie każdym urządzeniu elektronicznym, od telefonów komórkowych po telewizory i samochody.

Tranzystor działa jako przełącznik lub wzmacniacz sygnału elektrycznego, kontrolując przepływ prądu pomiędzy dwoma elektrodami (kolektorem i emiterem) poprzez napięcie przyłożone do trzeciej elektrody (bazy). Wykorzystuje się go w układach scalonych, które stanowią podstawę procesorów i pamięci komputerowych, a także w układach wzmacniających sygnały w urządzeniach audio.

Obejrzyj w

Nowy pomysł na tranzystor

W 2021 r. zespół kierowany przez fizyków z Massachusetts Institute of Technology (MIT) stworzył nowy ultracienki materiał ferroelektryczny na bazie azotku boru. Wówczas podejrzewano, że nowy materiał, którego mechanizm działania jest zupełnie inny niż w przypadku istniejących materiałów ferroelektrycznych, może mieć wiele zastosowań. Jednym z głównych pomysłów były pamięci komputerowe.

Badania poszły o krok dalej. Teraz ten sam zespół naukowców zbudował z nowego materiału  ferroelektrycznego tranzystor. Chociaż wyniki zespołu opierają się na pojedynczym tranzystorze opracowanym w laboratorium, pierwsze obserwacje są wyjątkowo obiecujące. Praca została opisana w magazynie Science.

„Pod wieloma względami jego właściwości spełniają lub przewyższają standardy branżowe dla tranzystorów ferroelektrycznych produkowanych obecnie” - powiedział Pablo Jarillo-Herrero, profesor fizyki Cecil and Ida Green, który kierował pracami z profesorem fizyki Raymondem Ashoori.

Schemat pokazujący strukturę krystaliczną azotku boru, kluczowego elementu nowego materiału ferroelektrycznego. Schemat pokazuje, jak struktura może się zmieniać, gdy dwie ultracienkie warstwy azotku boru przesuwają się obok siebie po przyłożeniu pola elektrycznego. P oznacza polaryzację lub ładunek ujemny/dodatni (foto: MIT)

Nadchodzi rewolucja w elektronice

Nowy tranzystor może przełączać się w czasie nanosekund, a jego wytrzymałość szacuje się na 100 mld przełączeń bez oznak degradacji. Teoretycznie oznacza to opracowanie dużo wydajniejszych i trwalszych układów.

Co więcej, taki materiał ma grubość nanometrów, co czyni go jednym z najcieńszych tranzystorów na świecie. Możemy zatem liczyć na opracowanie pamięci o jeszcze większej gęstości zapisu danych. Nowe układy byłyby też bardziej energooszczędne, bo napięcie wymagane do przełączania tranzystora skaluje się wraz z grubością materiału.

„Kiedy myślę o całej mojej karierze w fizyce, to jest to praca, która moim zdaniem za 10–20 lat może zmienić świat” – powiedział profesor Raymond Ashoori, który kierował pracami nad nowym tranzystorem.

foto na wejście: Adobe Stock