Čím menší, tím výkonnější, vědci přišli s průkopnickým objevem pro naše telefony a PC

Foto: Argonne National Laboratory/Tiskový zdroj

Mikroelektronická zařízení, jako jsou mikročipy v počítačích a mobilních telefonech, zpracovávají a ukládají informace a jsou pro náš život rozhodující. Podle recenzovaného článku zveřejněného v tiskové zprávě AAAS, jsou nezbytné pro řízení podniků, pomáhají sledovat šíření nemocí, dodávají energii do domácností prostřednictvím elektrické sítě a provádějí vědecký výzkum v boji proti velkým výzvám, jako je klimatická krize.

Mikroelektronika čelí klíčové výzvě kvůli své malé velikosti. Aby se zabránilo přehřátí, mikroelektronika potřebuje spotřebovat pouze zlomek elektrické energie než konvenční elektronika a přitom stále pracuje na špičkovém výkonu.

Výzkumníci z Argonne jsou průkopníky „redoxního hradlování“, neboli nového způsobu, jak přesně modulovat tok elektronů. Průlom by mohl pomoci vést k vývoji nových nízkoenergetických polovodičů nebo kvantových zařízení.

S tím, jak jsou integrované obvody, které napájejí naše elektronická zařízení, stále výkonnější, jsou ku podivu také stále menší. Tento trend mikroelektroniky se v posledních letech jen zrychlil, protože vědci se snaží na čip osadit stále více polovodičových součástek. V nové studii publikované v Advanced Materials navrhl tým Argonne nový druh techniky „redoxního hradlování“, která může řídit pohyb elektronů dovnitř a ven z polovodičového materiálu. 

„Režim subvoltů, kde tento materiál funguje, je velmi zajímavý pro výzkumníky, kteří chtějí vytvořit obvody, které by fungovaly podobně jako lidský mozek, který také pracuje s velkou energetickou účinností.“ — Vědec z oblasti Argonne Wei Chen

„Redox“ označuje chemickou reakci, která způsobuje přenos elektronů. Mikroelektronická zařízení se obvykle spoléhají na elektrický „efekt pole“ k řízení toku elektronů. V experimentu vědci navrhli zařízení, které by mohlo regulovat tok elektronů z jednoho konce na druhý aplikací napětí, v podstatě druhu tlaku, který tlačí elektřinu přes materiál, který fungoval jako druh elektronové brány. Když napětí dosáhne určité prahové hodnoty, zhruba poloviny voltu, materiál začne vstřikovat elektrony přes bránu ze zdrojového redoxního materiálu do materiálu kanálu.

„Nová strategie redoxního hradlování nám umožňuje modulovat tok elektronů enormně i při nízkých napětích, což nabízí mnohem vyšší energetickou účinnost,“ řekl odborník na materiály z Argonne, Dillon Fong, autor studie. „To také zabraňuje poškození systému. Vidíme, že tyto materiály lze opakovaně cyklovat téměř bez snížení výkonu.“

„Režim subvoltů, ve kterém tento materiál funguje, je nesmírně zajímavý pro výzkumníky, kteří chtějí vytvořit obvody, které by fungovaly podobně jako lidský mozek, který také pracuje s velkou energetickou účinností,“ řekl.

Článek byl upraven podle tiskové zprávy AAAS.