Valleytronics發(fā)現(xiàn)可以擴(kuò)展摩爾定律的界限

今天出現(xiàn)在Nature Communications上的研究發(fā)現(xiàn)，錫(II)硫化物(SnS)樣品具有有用的新信息處理潛力，這是一種候選“谷電子”晶體管材料，有朝一日可能使芯片制造商能夠?qū)⒏嗟挠?jì)算能力集成到微芯片上。

該研究由能源部勞倫斯伯克利實(shí)驗(yàn)室(伯克利實(shí)驗(yàn)室)的Jie Yao和加州大學(xué)伯克利分校材料科學(xué)與工程系的Shuren Lin領(lǐng)導(dǎo)，其中包括來(lái)自新加坡和的科學(xué)家。伯克利實(shí)驗(yàn)室的分子鑄造廠(chǎng)是能源部科學(xué)辦公室的一個(gè)用戶(hù)設(shè)施，為這項(xiàng)工作做出了貢獻(xiàn)。

幾十年來(lái)，傳統(tǒng)晶體管材料的改進(jìn)足以維持摩爾定律 - 微芯片制造商的歷史模式將更多的晶體管(以及更多的信息存儲(chǔ)和處理能力)包裝到一定體積的硅中。然而，今天，芯片制造商擔(dān)心它們很快就會(huì)達(dá)到傳統(tǒng)材料的基本極限。如果他們不能繼續(xù)將更多的晶體管裝入較小的空間，他們會(huì)擔(dān)心摩爾定律將會(huì)崩潰，從而阻止未來(lái)的電路變得更小，更強(qiáng)大。

這就是為什么世界各地的研究人員都在尋找能夠在較小空間內(nèi)進(jìn)行計(jì)算的新材料，主要是通過(guò)利用材料提供的額外自由度 - 換句話(huà)說(shuō)，使用材料的獨(dú)特屬性來(lái)計(jì)算更多的0和1。同樣的空間。例如，自旋電子學(xué)是晶體管的概念，它利用材料中的電子上下旋轉(zhuǎn)作為開(kāi)/關(guān)晶體管狀態(tài)。

Valleytronics，另一種新興方法，利用候選晶體材料在特定光照條件下的高選擇性響應(yīng)來(lái)表示它們的開(kāi)/關(guān)狀態(tài) - 即，使用材料的帶結(jié)構(gòu)，使得0和1的信息存儲(chǔ)在單獨(dú)的能量谷中電子的取決于材料的晶體結(jié)構(gòu)。

在這項(xiàng)新研究中，研究小組已經(jīng)證明硫化錫(II)能夠吸收不同的光偏振，然后在不同的偏振下選擇性地重新發(fā)射不同顏色的光。這對(duì)于同時(shí)訪(fǎng)問(wèn)通常的電子 - 和材料的谷電 - 自由度非常有用，這將大大增加由材料制成的電路的計(jì)算能力和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)密度。

“我們展示了一種具有獨(dú)特能量谷的新材料，可以直接識(shí)別和單獨(dú)控制，”姚說(shuō)。“這很重要，因?yàn)樗鼮槲覀兲峁┝艘粋€(gè)平臺(tái)，讓我們了解如何通過(guò)電子攜帶山谷簽名，以及如何在山谷之間輕松存儲(chǔ)和處理信息，這具有科學(xué)和工程意義。”

該論文的第一作者林說(shuō)，這種材料與先前研究的候選谷電子材料不同，因?yàn)樗谑覝叵戮哂羞@種選擇性，除了激發(fā)光源之外沒(méi)有額外的偏差，這減輕了先前嚴(yán)格控制谷的要求。與其先前的材料相比，SnS也更容易加工。

根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，研究人員將能夠開(kāi)發(fā)可操作的谷電子設(shè)備，有朝一日可能會(huì)集成到電子電路中。這種新材料中光和谷之??間的獨(dú)特耦合也可能為未來(lái)的混合電子/光子芯片鋪平道路。

伯克利實(shí)驗(yàn)室的“超越摩爾定律”計(jì)劃利用伯克利實(shí)驗(yàn)室和加州大學(xué)伯克利分校的基礎(chǔ)科學(xué)能力和獨(dú)特的用戶(hù)設(shè)施來(lái)評(píng)估下一代電子和計(jì)算技術(shù)的有希望的候選者。其目標(biāo)是與行業(yè)建立密切的合作伙伴關(guān)系，以加快從技術(shù)發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)向擴(kuò)大規(guī)模和商業(yè)化所需的時(shí)間。