Debutează mașina de curse hibridă cu tranzistori

Combinarea motoarelor unui Ferrari și unei Honda Civic nu ar duce la o mașină rapidă și eficientă din punct de vedere al consumului de combustibil. Cu toate acestea, trucul simplu de a cupla un tranzistor care consumă putere la unul de mare viteză a creat un tranzistor care excelează în ambele categorii fără slăbiciuni evidente.

„Acesta este un mare progres”, spune Adrian Ionescu, inginer nanoelectronic la Institutul Federal Elvețian de Tehnologie din Lausanne. „Și avem deja toate materialele necesare pentru a-l construi, așa că cred că o pot implementa foarte repede în industrie.” Noul tranzistor s-ar putea găsi în curând în cipurile de memorie flash care stochează date în computere, tablete și smartphone-uri, spune Ionescu.

Tranzistoarele, în special o varietate numită tranzistori cu efect de câmp semiconductor cu oxid de metal, sau MOSFET, sunt blocuri de construcție ale erei electronice. Au porți care se deschid și se închid rapid pentru a controla fluxul de curent electric în microprocesoare și cipuri de memorie.

Timp de zeci de ani, inginerii au micșorat tranzistoarele, oferind o capacitate de calcul sporită și stocare de date în același spațiu. Dar acum tranzistoarele nu pot deveni mult mai mici. Porțile MOSFET-urilor actuale sunt atât de subțiri – lățime de doar câțiva atomi – încât electronii pot pătrunde prin intermediul unui fenomen numit tunel cuantic. Oamenii de știință au valorificat cu succes acești electroni de tunel în cipurile de memorie flash, dar procesul necesită multă energie, cea mai mare parte din care se irosește. „Principalul punct de vedere în electronicele de larg consum este consumul de energie”, spune Ionescu.

Inginerul electrician Peng-Fei Wang de la Universitatea Fudan din Shanghai era familiarizat cu MOSFET-urile, dar expertiza lui era un alt tip de tranzistor numit tranzistor cu efect de câmp de tunel sau TFET. Această tehnologie relativ nouă nu poate concura cu MOSFET-urile pentru viteză, dar poate funcționa cu cantități foarte mici de energie. Din 2001, Wang a lucrat pentru a integra TFET-urile în electronicele principale.

În 9 august Ştiinţă, Wang și colegii lor descriu modul în care au construit un MOSFET modificat cu un TFET încorporat. La fel ca și alte MOSFET-uri utilizate în memoria flash, noul tranzistor exploatează electronii de tunel cuantic, dar prezența TFET-ului îi permite să funcționeze cu foarte puțină energie. Consumul redus de energie se traduce printr-o viteză mare, deoarece este nevoie de mai puțin timp pentru ca circuitul să creeze pragul de energie necesar pentru ca tranzistorul să funcționeze.

Wang spune că tranzistorii săi hibridi ar trebui să-și facă loc fără probleme în cipurile de memorie standard, deoarece tranzistoarele nu necesită materiale noi sau metode de fabricație. Acest lucru ar putea permite dispozitivelor mobile să aibă o viață mai bună a bateriei, timpi mai rapidi de citire și scriere în memoria flash din interior și o longevitate mai mare. Echipa lui Wang spune că tranzistoarele rămân fiabile pentru un cvadrilion de operațiuni, de un miliard de ori mai eficiente decât tehnologia existentă.