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发现可以扩展摩尔定律的极限

时间:2018-05-01 15:09:05  来源:  作者:

 今天在Nature Communications上发表的研究发现,硫化锡(SnS)是一种候选的“谷底电子”晶体管材料,可能有朝一日使芯片制造商能够将更多的计算能力包装到微芯片中,从而获得有用的新信息处理潜力。

 
 
该研究由能源部劳伦斯伯克利国家实验室(伯克利实验室)的Jie Yao和加州大学伯克利分校材料科学与工程系的Shuren Lin领导,其中包括来自新加坡和中国的科学家。伯克利实验室的分子铸造厂是美国能源部的一个科学用户设施办公室,为这项工作做出了贡献。
 
几十年来,传统晶体管材料的改进足以维持摩尔定律 - 微芯片制造商将更多晶体管(因此更多的信息存储和处理能力)装入给定体积的硅的历史模式。然而今天,芯片制造商担心他们很快就会达到传统材料的基本限制。如果他们不能继续将更多的晶体管包装到更小的空间中,他们担心摩尔定律会崩溃,从而阻止未来的电路变得比其前任更小,更强大。
 
这就是为什么全世界的研究人员都在寻找可以在更小的空间进行计算的新材料,主要是利用材料提供的额外自由度 - 换句话说,使用材料的独特属性来计算更多的0和1相同的空间。例如,自旋电子学是一种晶体管的概念,它可以利用材料中电子的上下自旋作为开/关晶体管的状态。
 
Valleytronics是另一种新兴的方法,它利用候选晶体材料在特定照明条件下的高选择性响应来表示它们的开/关状态 - 即使用材料的能带结构,以便0和1的信息存储在独立的能量谷中的电子,这取决于材料的晶体结构。
 
在这项新研究中,研究团队已经证明硫化锡(II)能够吸收不同的偏振光,然后在不同的偏振下选择性地重新发射不同颜色的光。这对于同时访问通常的电子材料和材料的谷底电子自由度非常有用,这将显着提高由材料制成的电路的计算能力和数据存储密度。
 
“我们展示了一种具有独特能量谷的新材料,可以直接识别和单独控制,”姚说。 “这一点非常重要,因为它为我们提供了一个平台,让我们了解谷底签名是如何由电子携带的,以及谷仓之间如何轻松存储和处理信息,这既有科学意义,也有工程意义。”
 
该论文的第一作者Lin说,这种材料与以前研究的候选谷波段材料不同,因为它在室温下具有这样的选择性,没有额外的偏置,而不受激发光源的影响,从而减轻了以前对控制谷值的严格要求。与其前身材料相比,SnS更容易处理。
 
有了这一发现,研究人员将能够开发可运行的谷底电子设备,这些设备有一天可以集成到电子电路中。这种新材料中光与谷之间的独特耦合也可能为未来的混合电子/光子芯片铺平道路。
 
伯克利实验室的“超越摩尔定律”计划利用伯克利实验室和加州大学伯克利分校的基础科学能力和独特的用户设施来评估下一代电子和计算技术的有希望的候选人。其目标是与业界建立密切的合作伙伴关系,加快从发现技术转向扩大规模和实现商业化所需的时间。
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