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Valleytronics的发现可以扩展摩尔定律的范围

2019-03-08 14:22:18来源:

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科学办公室的一个用户设施,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 - 微芯片制造商的历史模式将更多的晶体管(以及更多的信息存储和处理能力)装入一定体积的硅中。然而,今天,芯片制造商担心它们很快就会达到传统材料的基本极限。如果他们不能继续将更多的晶体管装入较小的空间,他们会担心摩尔定律将会崩溃,从而阻止未来的电路变得比前代电路更小,更强大。

这就是为什么世界各地的研究人员都在寻找可以在较小空间内进行计算的新材料,主要是通过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同样的空间。例如,自旋电子学是晶体管的概念,它利用材料中的电子上下旋转作为开/关晶体管状态。

Valleytronics是另一种新兴方法,利用候选晶体材料在特定光照条件下的高选择性响应来表示它们的开/关状态 - 即,使用材料的带结构,使得0和1的信息以单独的能量存储电子谷,取决于材料的晶体结构。

在这项新的研究中,研究小组已经证明硫化锡(II)能够吸收不同的光偏振,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 - 和材料的谷电 - 自由度非常有用,这将大大增加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。“这很重要,因为它为我们提供了一个平台,让我们了解如何通过电子携带山谷签名,以及如何在山谷之间轻松存储和处理信息,这具有科学和工程意义。”

该论文的第一作者林说,这种材料与先前研究的候选谷电子材料不同,因为它在室温下具有这种选择性,除了激发光源之外没有额外的偏差,这减轻了先前严格控制谷的要求。与其先前的材料相比,SnS也更容易加工。

根据这一发现,研究人员将能够开发可操作的谷电子设备,有朝一日可能会集成到电子电路中。这种新材料中光和谷之​​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者。其目标是与行业建立密切的合作伙伴关系,以加快从技术发现转向扩大规模和商业化所需的时间。