2021-ben az MIT fizikusai bemutattak egy forradalmi ultravékony ferroelektromos anyagot, amely széles körű alkalmazási lehetőségeket kínált a számítógépes memóriákban, sőt azokon túl egyéb alkalmazások is felmerültek. Ugyanez a csapat, immár együttműködve a szomszédos laborban dolgozó kollégáikkal, most pedig kifejlesztett egy tranzisztort, amely épp ezen ferroelektromos anyagon alapul. Hová vezethet mindez? Az általunk jelenleg ismert elektronikai ipar forradalmasításához.

Mint azt a sajtóanyag írja, való igaz, hogy a mostani következtetések mindössze egyetlen, elkészült tranzisztoron alapulnak, ám itt jön a nagybetűs: DE. De ugyanis ezen tranzisztor tulajdonságai már most túlszárnyalják a ferroelektromos tranzisztorokra vonatkozó jelenlegi iparági szabványokat – közölte Pablo Jarillo-Herrero, az MIT Cecil és Ida Green fizikaprofesszora, aki Raymond Ashoori fizikaprofesszorral együtt vezette a kutatást. Mindkét professzor az MIT Anyagkutató Laboratóriumával áll kapcsolatban.

“Ez az egyik első eset, amikor az alapvető fizika jelentős alkalmazási potenciállal bír”

– jegyezte meg Jarillo-Herrero, amihez Ashoori ezt tette hozzá:

“Ez a munka a következő 10-20 évben megváltoztathatja a világot.”

Az eddigi eredmények alapján az új tranzisztor valóban számos kiemelkedő tulajdonsággal rendelkezik:

• Nanoszekundumos sebességgel képes váltani a pozitív és negatív töltések között, ami a digitális információ egyeseinek és nulláinak megfeleltethető.
• 100 milliárd kapcsolás után is működőképes marad, és nem mutat amortizációra utaló jeleket.
• A tranzisztor anyaga mindössze egymilliárdod méter vastag, ami sűrűbb számítógépes memóriatárolást és energiahatékonyabb tranzisztorokat tesz lehetővé az ultraalacsony kapcsolási feszültség miatt.

Mindez a pozitívum a ferroelektromos anyagok egyedülálló tulajdonságainak köszönhető – ezekben az anyagokban ugyanis a pozitív és a negatív töltések különböző rétegekre válnak szét. Egy külső elektromos tér képes váltani ezeket a töltéseket, megfordítva a polarizációt, és így válik kódolhatóvá a digitális információ, amely mindaddig stabil marad, amíg egy másik elektromos tér nem változtatja meg. Az elektronikus alkalmazások széles körű elterjedéséhez ezeknek a folyamatoknak természetesen szobahőmérsékleten kell végbemenniük.

A most szóban forgó tranzisztor anyaga egy atomszinten vékony bór-nitrid lapokon alapuló új ferroelektromos anyag, melyről először tehát a Science 2021-es számában számoltak be. A természetes ömlesztett bór-nitridtől eltérően, ahol a rétegek 180 fokkal el vannak forgatva, ennek az anyagnak a rétegei párhuzamosan helyezkednek el. Így amikor elektromos mezőt alkalmaznak, az egyik réteg átcsúszik a másikon, kissé eltolva a bór- és nitrogénatomok helyzetét, ami drámaian megváltoztatja az anyag elektronikus tulajdonságait.

Az ezen az anyagon alapuló tranzisztor tehát hatalmas ígéret, hihetetlen potenciál – de akkor mi a probléma, és miért hangsúlyozzuk, hogy az eredmények mindössze az egyetlen elkészült egységen alapulnak?

Ennek oka, hogy nehézséget épp a gyártás felskálázása jelenti – pillanatnyilag ugyanis ezeknek a ferroelektromos anyagoknak az előállítása annyira összetett folyamat, hogy az nem alkalmas tömeggyártásra. Mint az eszközt bemutató tanulmány egyik társszerzője, Kenji Yasuda elmondta:

“Egyetlen tranzisztort készítettünk demonstrációként. Ha ez az anyag méretezhetővé válik, az forradalmasíthatja a jövő elektronikáját.”

(A cikkhez használt kép illusztráció, forrása: Pixabay/TobiasD)