Разработан прототип транзистора Мотта

Японские исследователи разработали прототип «транзистора Мотта», который в случае его внедрения в современную электронику существенно повысит её энергоэффективность, увеличив при этом скорость переключения.

Идеальный транзистор должен быть полным изолятором в выключенном состоянии и идеальным проводником в рабочем режиме. Поэтому исследователи решили использовать в своей конструкции так называемые изоляторы Мотта. Последние ведут себя как металлы, но при определённых условиях становятся изоляторами, что объясняется квантовомеханическим взаимодействием между соседними электронами в их атомах. Подобным переключением состояния от «металлического» к «диэлектрическому» можно управлять разными методами, в частности приложением к изолятору Мотта электрического поля. При этом разница в проводимости может меняться в существенно более широких пределах, чем в современных полупроводниках.

Слева — обычный полевой транзистор с поверхностным проводящим каналом; справа — транзистор на основе изолятора Мотта, с проводящим каналом большой глубины. (Иллюстрация M. Nakano et al.)

При создании прототипа транзистора Мотта учёные покрыли слой диоксида ванадия (изолятора Мотта) каплей ионной жидкости. При приложении даже весьма небольшого напряжения к затвору транзистора на поверхности такого изолятора, покрытого ионной жидкостью, сразу возникало весьма значительное электрическое поле. Что интересно, изменение фазового стояния с металлического на диэлектрическое произошло при этом не только на поверхности изолятора, но и в его глубине — по всей видимости, за счёт какой-то не вполне ясной пока разновидности каскадного эффекта, при котором изменение фазового состояния в материале распространяется как волна.

В итоге удалось получить соотношение тока в рабочем и нерабочем состоянии транзистора, равное 100:1. Да, это ничто на фоне современных полевых транзисторов (1 000 000: 1), но вся разница здесь в том, что у нынешнего транзистора такой скачок возможен лишь для очень тонкого слоя материала, в то время как в транзисторе Мотта изменение состояния произошло сразу на большую глубину (в толстом слое материала), позволяя пропускать через него огромное количество электронов. И это не говоря о том, что современные транзисторы являются результатом десятилетий оптимизации, а первый успешный прототип транзистора Мотта — всего лишь экспериментальный образец.

Соответствующее исследование опубликовано в журнале Nature.

Подготовлено по материалам Physicsworld.com.