Smartphones bevatten miljarden kleine schakelaars die transistors worden genoemd en waarmee we talloze taken kunnen uitvoeren die verder gaan dan alleen bellen:sms'en, door buurten navigeren, selfies maken en namen Googlen. Deze schakelaars hebben een elektrisch geleidend kanaal waarvan de geleidbaarheid kan worden gewijzigd door een poortterminal, die van het kanaal is gescheiden door een diëlektrische film van slechts 5 tot 6 atomen dik.

Transistors zijn de afgelopen 50 jaar geminiaturiseerd op basis van de wet van Moore, een observatie dat het aantal transistors op een chip ongeveer elke 18 maanden kan verdubbelen, terwijl de kosten gehalveerd worden. Maar we hebben nu het punt bereikt waarop transistors niet verder kunnen worden geschaald.

In het journaal Technische Natuurkunde Brieven , onderzoekers beoordelen veldeffecttransistoren met negatieve capaciteit (NC-FET's), een nieuw apparaatconcept dat suggereert dat traditionele transistors veel efficiënter kunnen worden gemaakt door simpelweg een dunne laag ferro-elektrisch materiaal toe te voegen. Als het werkt, dezelfde chip zou veel meer kunnen berekenen, maar vereisen minder vaak opladen van de batterij.

De fysica van de technologie wordt over de hele wereld beoordeeld en, in hun artikel, de onderzoekers vatten state-of-the-art werk met NC FET's samen en de behoefte aan zelfconsistente en coherente interpretatie van een verscheidenheid aan experimenten die in de literatuur worden gerapporteerd.

"NC FET's werden oorspronkelijk voorgesteld door mijn collega professor Supriyo Datta en zijn afgestudeerde student Sayeef Salahuddin, die nu professor is aan de Universiteit van Californië, Berkeley, " zei Mohammed Ashraful Alam, een professor in elektrische en computertechniek aan de Purdue University.

Vanaf het begin, Alam vond het concept van NC-FET's intrigerend - niet alleen omdat het een dringend probleem van het vinden van een nieuwe elektronische schakelaar voor de halfgeleiderindustrie aanpakt, maar ook omdat het dient als een conceptueel kader voor een brede klasse van faseovergangsapparaten die gezamenlijk "Landau-schakelaars" worden genoemd.

"Recenter, toen mijn collega en co-auteur professor Peide Ye begon met het experimenteel demonstreren van deze transistors, het was een kans om met hem samen te werken om de zeer intrigerende kenmerken van deze apparaattechnologie te verkennen, "Alam zei. "Ons artikel vat ons 'theoreticus-experimentalistische' perspectief met betrekking tot het onderwerp samen."

Hoewel er honderden artikelen over dit onderwerp zijn gepubliceerd, volgens de onderzoekers de validiteit van quasi-statische NC en de frequentie-betrouwbaarheidslimieten van NC-FET worden nog steeds fel bediscussieerd.

Indien overtuigend aangetoond en geïntegreerd in moderne IC's, de impact van de NC-FET-transistors zal transformerend zijn. "Gezien het potentieel, er is behoefte aan een systematische analyse van het apparaatconcept, " zei Ye. "We ontdekten dat de gegevens van verschillende groepen wijd verspreid zijn en onderzoekers gebruiken zeer verschillende technieken om hun apparaten te karakteriseren. Dit vereist een geïntegreerde en uitgebreide analyse van de bestaande dataset."

De onderzoekers hopen dat hun werk de gemeenschap zal samenbrengen om manieren voor te stellen om gecoördineerde vooruitgang te boeken bij het realiseren van deze veelbelovende technologie.