Многофункциональные двухмерные полевые транзисторы с возможностями переключения, чувствительности и запоминания представляют новую парадигму в разработке энергоэффективной электроники, способной работать даже в экстремальных условиях, включая космическое пространство.
Исследование, проведенное учеными из Penn State и опубликованное в журнале Nature Communications, демонстрирует инновационный подход в создании устройств нового поколения. Команда в сотрудничестве с экспертами Университета Миннесоты использовала передовые методы осаждения атомных пленок для изготовления транзисторов с тончайшими материалами.
Ключевое свойство разработанных устройств — инципиентная ферроэлектричность, при которой при комнатной температуре наблюдаются небольшие, разрозненные кластеры полярных доменов вместо стабильного ферроэлектрического порядка. При снижении температуры материал переходит в традиционное ферроэлектрическое состояние, что открывает новые перспективы для его использования в запоминающих элементах, ранее считавшихся недостаточно надежными.
Применение инципиентной ферроэлектричности позволяет добиться высокой скорости переключения транзисторов при значительно более низком энергопотреблении по сравнению с современными вычислительными системами. Харифришнан Равичандран, докторант инженерных наук и механики, отметил: «Ускорители искусственного интеллекта известны своим высоким энергопотреблением. Наши устройства переключаются быстро и потребляют гораздо меньше энергии, открывая путь для более быстрых и экологичных вычислительных технологий.»
Нейроморфный подход, реализованный в созданных транзисторах, обеспечивает им имитацию работы биологических нейронов, активируя питание только при необходимости. Эксперимент с использованием решётки из изображений размером 3×3 пикселя и трех искусственных нейронов продемонстрировал успешную классификацию объектов. Майюк Дас, докторант инженерных наук и механики, заявил, что «метод обучения, применённый в эксперименте, может оказаться полезным для распознавания образов, классификации и поиска закономерностей при комнатной температуре, что позволяет реализовать недорогие и энергоэффективные устройства.»
В основе устройств лежит комбинирование титаната стронция и молибденового дисульфида. Титанат стронция, являющийся представителем перовскитной группы, в форме нановолокон демонстрирует полярный порядок и ферроэлектричные свойства при низких температурах, несмотря на их отсутствие в объемном состоянии. Двухмерный молибденовый дисульфид способствует стабилизации электрических характеристик транзисторов, обеспечивая необходимую гибкость конструкции.
Технология пока находится на стадии научно-исследовательских разработок, что требует решения вопросов масштабируемости и коммерческой жизнеспособности производства. Продолжается поиск альтернативных материалов, таких как титанат бария, способных предоставить аналогичные или улучшенные характеристики для будущих устройств.
Основные достижения принадлежат ученым из Penn State: Харифришнан Равичандран, Дипанджан Сен (ведущий автор исследования), Саптарши Дас (профессор инженерных наук и механики) и Майюк Дас, а также специалистам из Университета Миннесоты, внесшим значительный вклад в разработку технологии тонкопленочного осаждения, что стало важным этапом в создании многофункциональных транзисторов нового поколения.
Изображение носит иллюстративный характер
Исследование, проведенное учеными из Penn State и опубликованное в журнале Nature Communications, демонстрирует инновационный подход в создании устройств нового поколения. Команда в сотрудничестве с экспертами Университета Миннесоты использовала передовые методы осаждения атомных пленок для изготовления транзисторов с тончайшими материалами.
Ключевое свойство разработанных устройств — инципиентная ферроэлектричность, при которой при комнатной температуре наблюдаются небольшие, разрозненные кластеры полярных доменов вместо стабильного ферроэлектрического порядка. При снижении температуры материал переходит в традиционное ферроэлектрическое состояние, что открывает новые перспективы для его использования в запоминающих элементах, ранее считавшихся недостаточно надежными.
Применение инципиентной ферроэлектричности позволяет добиться высокой скорости переключения транзисторов при значительно более низком энергопотреблении по сравнению с современными вычислительными системами. Харифришнан Равичандран, докторант инженерных наук и механики, отметил: «Ускорители искусственного интеллекта известны своим высоким энергопотреблением. Наши устройства переключаются быстро и потребляют гораздо меньше энергии, открывая путь для более быстрых и экологичных вычислительных технологий.»
Нейроморфный подход, реализованный в созданных транзисторах, обеспечивает им имитацию работы биологических нейронов, активируя питание только при необходимости. Эксперимент с использованием решётки из изображений размером 3×3 пикселя и трех искусственных нейронов продемонстрировал успешную классификацию объектов. Майюк Дас, докторант инженерных наук и механики, заявил, что «метод обучения, применённый в эксперименте, может оказаться полезным для распознавания образов, классификации и поиска закономерностей при комнатной температуре, что позволяет реализовать недорогие и энергоэффективные устройства.»
В основе устройств лежит комбинирование титаната стронция и молибденового дисульфида. Титанат стронция, являющийся представителем перовскитной группы, в форме нановолокон демонстрирует полярный порядок и ферроэлектричные свойства при низких температурах, несмотря на их отсутствие в объемном состоянии. Двухмерный молибденовый дисульфид способствует стабилизации электрических характеристик транзисторов, обеспечивая необходимую гибкость конструкции.
Технология пока находится на стадии научно-исследовательских разработок, что требует решения вопросов масштабируемости и коммерческой жизнеспособности производства. Продолжается поиск альтернативных материалов, таких как титанат бария, способных предоставить аналогичные или улучшенные характеристики для будущих устройств.
Основные достижения принадлежат ученым из Penn State: Харифришнан Равичандран, Дипанджан Сен (ведущий автор исследования), Саптарши Дас (профессор инженерных наук и механики) и Майюк Дас, а также специалистам из Университета Миннесоты, внесшим значительный вклад в разработку технологии тонкопленочного осаждения, что стало важным этапом в создании многофункциональных транзисторов нового поколения.
