23 декабря 1947 года американские учёные Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн из Bell Labs официально представили своё изобретение — биполярный транзистор. С тех пор эта дата считается днём рождения транзистора. Несколько позже, в 1956 году, исследователи были удостоены за изобретение, избавившее мир электроники от громоздких вакуумных ламп, Нобелевской премии по физике. Классический транзистор, как известно, представляет собой компонент из полупроводникового материала, который позволяет с помощью входного сигнала управлять электрическим током в выходной цепи. Современные технологии способны реализовать двоичную логику работы транзистора не только с помощью электрического заряда.
Мы собрали пять новейших научных разработок, которые могут в обозримом будущем заменить привычные кремниевые транзисторы.
Магнитные переключатели
В конце 2013 года появилось сообщение, что учёные из Калифорнийского университета в Беркли создали магнитные переключатели на основе танталовых проводников. Главное преимущество таких устройств — они не нуждаются в постоянной подаче электрического тока для того, чтобы сохранять своё состояние.
Исследователям удалось обойти основное препятствие на пути использования магнитных переключателей — огромные затраты энергии на создание магнитного поля, которое бы ориентировало магниты в пространстве для их переключения. На помощь пришло уникальное свойство танталового проводника поляризоваться при прохождении через него электрического тока.
Привлекательность чипов на магнитных переключателях заключается ещё и в том, что они легко программируются. Так что теоретически можно будет использовать одни и те же переключатели для решения различных задач, например, декодирования и воспроизведения видео.
Транзисторы на квантовых точках
Учёные Мичиганского технологического института предложили транзистор, в котором вообще отсутствуют полупроводниковые материалы. Вместо этого на «ковре» нанотрубок из нитрида бора помещаются квантовые точки (золотые сферы диаметром 3 нм).
При подаче напряжения электроны перемещаются между квантовыми точками в строго заданном направлении и транзистор начинает работать. В нормальном же состоянии это — изолятор с высоким сопротивлением.
Эффект квантового туннелирования обеспечивает работу устройства при любых температурах, даже комнатных, без какого-либо нагрева. Ведь тонко регулируемый поток электронов исключает их рассеивание, приводящее к утечкам тепла.
Тепловые транзисторы
Филипп Бен-Абдалла из французского университета Париж-Юг и Свенд-Аге Бихс из Ольденбургского университета имени Карла фон Осецкого, Германия, предложили разработку, в которой вместо электрического тока используется поток тепла. Причём работа такого теплового транзистора строится на передаче фотонов (квантов электромагнитного излучения), а не фононов (квантов колебательного движения атомов кристалла), как у других исследователей.
Исток и сток в тепловом транзисторе выполнены из кварца и нагреваются управляемо, а в качестве затвора выступает тонкий слой оксида ванадия. При нагревании затвор превращается в проводник для фотонов, а при остывании — в изолятор. Чтобы гарантировать перенос тепла только в виде излучения, затвор отделён от истока и стока 50 нм.
Одно из самых привлекательных преимуществ теплового транзистора на основе фотонов — потенциальное ограничение скорости работы такого устройства только скоростью света. А одна из самых очевидных сфер применения — микроэлектромеханические машины, использующие тепло для перемещения других микроустройств.
Синаптические транзисторы
Специалисты из Гарвардского университета попытались создать искусственную версию человеческого мозга. Имитируя поведение синапсов головного мозга, это устройство способно к самообучению в процессе работы, оптимизируя свои электронные и проводящие характеристики в зависимости от функций, выполняемых в прошлом.
Для «запоминания» предыдущих действий синаптический транзистор использует насыщенную ионами кислорода жидкость, которая находится между изоляционным затвором и проводящим каналом. А сам проводящий канал изготавливается из никелата самария.
Из-за возможности самообучения скорость реакции синаптического транзистора пока что ниже, чем обычного полевого. Однако исследователи считают, что эта разработка может вывести технологии создания систем искусственного интеллекта и параллелизма готовых вычислений на принципиально новые уровни.
Оптические транзисторы
О создании полностью оптического транзистора, то есть устройства, в котором передача света регулируется при помощи света, летом 2013 года заявили учёные Массачусетского технологического института. Они создали так называемый оптический ключ, контролируемый одним фотоном.
В положении «включено» ключ полностью пропускает луч света через систему из двух зеркал. В положении «выключено» вероятность похождения луча через зеркала снижается до 20%. Чтобы полностью блокировать прохождение света, пространство между зеркалами заполняется переохлаждёнными атомами цезия.
Исследователи считают, что принцип построения их оптического ключа вполне пригоден для использования в чипах, а сама разработка пригодится для квантовых компьютеров.
Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!