Νέο μαγνητικό τρανζίστορ από το MIT υπόσχεται επανάσταση στη μικροηλεκτρονική

Η τεχνολογία των τρανζίστορ, η καρδιά κάθε ηλεκτρονικής συσκευής, φαίνεται πως βρίσκεται μπροστά σε μια κομβική καμπή. Μια ομάδα μηχανικών του MIT παρουσίασε ένα νέο είδος μαγνητικού τρανζίστορ που μπορεί να αλλάξει τα δεδομένα: προσφέρει δέκα φορές ισχυρότερη μεταγωγή ρεύματος από τα σημερινά τρανζίστορ, λειτουργεί με μικρότερη κατανάλωση ενέργειας και εισάγει μια εντελώς νέα δυνατότητα, την αποθήκευση πληροφορίας μέσα στο ίδιο το τρανζίστορ.

Για δεκαετίες, τα τρανζίστορ πυριτίου αποτέλεσαν τον κινητήριο μοχλό πίσω από κάθε πρόοδο στη μικροηλεκτρονική. Όμως, η φύση του πυριτίου επιβάλλει έναν θεμελιώδη περιορισμό: δεν μπορεί να λειτουργήσει κάτω από ένα συγκεκριμένο όριο τάσης, γεγονός που καθυστερεί τις βελτιώσεις σε αποδοτικότητα και κατανάλωση ενέργειας.

Για να ξεπεράσουν αυτό το εμπόδιο, οι ερευνητές του MIT στράφηκαν στα spintronics, έναν τομέα που δεν εκμεταλλεύεται μόνο το ηλεκτρικό φορτίο των ηλεκτρονίων –όπως η παραδοσιακή ηλεκτρονική– αλλά και το spin τους.

Η καινοτομία βασίστηκε σε ένα δισδιάστατο ημιαγώγιμο υλικό, το βρωμιούχο χρώμιο σε συνδυασμό με θείο, το οποίο διαθέτει μαγνητικές ιδιότητες που παραμένουν σταθερές στον αέρα, κάτι που σπάνια συμβαίνει σε 2D υλικά. Η σταθερότητα αυτή επιτρέπει την ακριβή εναλλαγή ανάμεσα σε δύο μαγνητικές καταστάσεις, τροποποιώντας έτσι τη συμπεριφορά των ηλεκτρονίων και καθιστώντας δυνατή τη λειτουργία με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.

Όπως ανέφερε ο Chung-Tao Chou, υποψήφιος διδάκτορας και συν-συγγραφέας της μελέτης, η επιλογή του υλικού δεν ήταν εύκολη: «Δοκιμάσαμε πολλά άλλα υλικά που δεν έδωσαν αποτελέσματα, αλλά αυτό τελικά μας προσέφερε ό,τι ψάχναμε».

Η δημιουργία της συσκευής απαίτησε έναν καθαρό και πρωτότυπο τρόπο κατασκευής. Οι ερευνητές απέφυγαν διαλύτες ή κόλλες, που θα μπορούσαν να μολύνουν την επιφάνεια, και μετέφεραν τη λεπτή μαγνητική στρώση με απλή κολλητική ταινία πάνω σε υπόστρωμα πυριτίου με ενσωματωμένα ηλεκτρόδια.

Η απλότητα της διαδικασίας απέδωσε καρπούς: το αποτέλεσμα ήταν μια εξαιρετικά καθαρή διεπαφή και σημαντικά υψηλότερες επιδόσεις. Εκεί που τα παραδοσιακά μαγνητικά τρανζίστορ μπορούν να μεταβάλουν το ρεύμα κατά λίγα μόλις ποσοστά, το τρανζίστορ του MIT φτάνει να το ενισχύει δέκα φορές. Αυτό σημαίνει ισχυρότερα σήματα, ταχύτερη ανάγνωση και μεγαλύτερη αξιοπιστία.

Στα πρώτα πειράματα, η λειτουργία του τρανζίστορ βασίστηκε στη χρήση εξωτερικού μαγνητικού πεδίου, το οποίο κατανάλωνε λιγότερη ενέργεια από ένα συμβατικό τρανζίστορ πυριτίου. Ωστόσο, το πιο κρίσιμο βήμα ήταν η απόδειξη ότι η μεταγωγή μπορεί να γίνει και μέσω ηλεκτρικού ρεύματος. Αυτό ανοίγει τον δρόμο για την ενσωμάτωση εκατομμυρίων τέτοιων στοιχείων σε ένα μόνο chip, χωρίς την ανάγκη εξωτερικών μαγνητών.

Μέχρι σήμερα, τα ηλεκτρονικά κυκλώματα βασίζονταν σε διακριτά στοιχεία: τα τρανζίστορ για την επεξεργασία και τα κύτταρα μνήμης –μαγνητικά ή ηλεκτρικά– για την αποθήκευση δεδομένων. Το νέο τρανζίστορ του MIT συνδυάζει και τις δύο λειτουργίες σε μία συσκευή.

Ο καθηγητής Luqiao Liu, επικεφαλής της έρευνας, εξήγησε:

Πλέον τα τρανζίστορ δεν περιορίζονται στο άνοιγμα και το κλείσιμο του ρεύματος. Μπορούν και να θυμούνται πληροφορίες. Χάρη στην πιο έντονη μεταγωγή, το σήμα είναι πολύ πιο εύκολο να διαβαστεί και πολύ πιο αξιόπιστο.

Η σύνδεση μαγνητισμού και ηλεκτρονικής, δύο πεδίων που για αιώνες εξελίσσονταν χωριστά, ανοίγει συναρπαστικές προοπτικές. Όπως τόνισε ο Chou, «δείξαμε έναν νέο τρόπο αξιοποίησης του μαγνητισμού, που δημιουργεί ενδιαφέρουσες δυνατότητες για μελλοντικές εφαρμογές».

Το επόμενο βήμα για την ομάδα είναι η βελτίωση του ελέγχου μέσω ηλεκτρικού ρεύματος και η δοκιμή της επεκτασιμότητας της διαδικασίας, με στόχο την παραγωγή μεγάλων συσκευών.

[via]