सिलिकॉन ट्रांजिस्टर पहले से ही बहुत अच्छे हैं, लेकिन भौतिक दुनिया की अन्य वस्तुओं की तरह, उनकी कुछ सीमाएँ हैं। भौतिकी के नियम प्रदर्शन और ऊर्जा दक्षता में बाधाएँ पैदा करते हैं। अब, एमआईटी इंजीनियरों की एक टीम ने एक क्रांतिकारी नए ट्रांजिस्टर डिजाइन का उपयोग करके जंगली क्वांटम तरीकों से इन सीमाओं को पार करने का एक तरीका ढूंढ लिया है।
जिस समस्या को वे हल करना चाहते हैं वह तथाकथित "बोल्ट्ज़मैन अत्याचार" है। यह कमरे के तापमान पर सिलिकॉन ट्रांजिस्टर को स्विच करने के लिए आवश्यक वोल्टेज की मूलभूत सीमा को संदर्भित करता है; यदि वोल्टेज बहुत कम समायोजित किया जाता है, तो ट्रांजिस्टर स्विच करने की अपनी क्षमता खो देता है। यह कम वोल्टेज सीमा इलेक्ट्रॉनिक्स में ऊर्जा दक्षता में महत्वपूर्ण सुधार को रोकती है, जो एक समस्या बन सकती है क्योंकि बिजली की भूख वाले कृत्रिम बुद्धिमत्ता अनुप्रयोग अधिक प्रसंस्करण कार्य संभालते हैं।
एमआईटी अनुसंधान टीम ने पारंपरिक सिलिकॉन के बजाय गैलियम एंटीमोनाइड और इंडियम आर्सेनाइड जैसी अद्वितीय अर्धचालक सामग्रियों का उपयोग करके प्रयोगात्मक ट्रांजिस्टर बनाया। इंटेल कॉर्पोरेशन द्वारा आंशिक रूप से वित्त पोषित अनुसंधान, हाल ही में नेचर इलेक्ट्रॉनिक्स में प्रकाशित हुआ था।
हालाँकि, असली जादू इसके अनूठे छोटे त्रि-आयामी डिज़ाइन में निहित है, जिसे MIT.nano में सटीक उपकरणों का उपयोग करके इंजीनियर किया गया था, जो MIT में नैनोस्केल अनुसंधान के लिए एक समर्पित सुविधा है। ट्रांजिस्टर सिर्फ 6 नैनोमीटर के व्यास के साथ एक ऊर्ध्वाधर नैनोवायर हेटरोस्ट्रक्चर का उपयोग करता है, जो शोधकर्ताओं का मानना है कि यह अब तक का सबसे छोटा 3 डी ट्रांजिस्टर है।
इस पैमाने पर, कुछ क्वांटम प्रभाव काम में आते हैं, जो ट्रांजिस्टर को सिलिकॉन की भौतिक सीमाओं को बायपास करने की अनुमति देते हैं। वैज्ञानिकों ने ट्रांजिस्टर को क्वांटम टनलिंग प्राप्त करने के लिए डिज़ाइन किया है, जहां इलेक्ट्रॉन अनिवार्य रूप से इसके ऊपर के बजाय एक इंसुलेटिंग बैरियर से गुजरते हैं, जिससे ट्रांजिस्टर कम वोल्टेज पर चालू हो जाता है। एक अन्य प्रभाव क्वांटम कारावास है, जहां नैनोवायर के संकीर्ण आयाम सामग्री के गुणों को बदल देते हैं।
इन प्रभावों को मिलाकर, एमआईटी का उपकरण कुछ ऐसा हासिल करता है जो सिलिकॉन नहीं कर सकता: बेहद छोटे वोल्टेज का उपयोग करके बेहद तेज स्विचिंग समय हासिल करना। परीक्षणों से पता चला है कि उनका स्विचिंग वोल्टेज ढलान पारंपरिक सिलिकॉन सामग्रियों की सीमित ढलान की तुलना में अधिक तीव्र है। वास्तव में, इसका वर्तमान प्रदर्शन अन्य प्रायोगिक सुरंग ट्रांजिस्टर की तुलना में लगभग 20 गुना अधिक है।
"यह एक ऐसी तकनीक है जिसमें सिलिकॉन को प्रतिस्थापित करने की क्षमता है, इसलिए आप इसका उपयोग उन सभी कार्यों को करने के लिए कर सकते हैं जो सिलिकॉन वर्तमान में करता है, लेकिन बहुत अधिक ऊर्जा दक्षता के साथ," पोस्टडॉक्टरल फेलो और प्रोजेक्ट के पहले लेखक यान्जी शाओ ने कहा।
बेशक, अवधारणा के प्रमाण से व्यावसायीकरण तक अभी भी एक लंबा रास्ता तय करना बाकी है, और टीम इसे स्वीकार करती है।
"पारंपरिक भौतिकी केवल इतनी ही आगे तक जा सकती है। यान जी के काम से पता चलता है कि हम बेहतर कर सकते हैं, लेकिन हमें विभिन्न भौतिकी का उपयोग करना होगा।" पेपर के वरिष्ठ लेखक और एमआईटी के इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान विभाग के जेसुस डेल अलामो ने कहा, "भविष्य में इस पद्धति का व्यावसायीकरण करने के लिए कई चुनौतियां हैं जिन्हें दूर करने की आवश्यकता है, लेकिन वैचारिक रूप से यह वास्तव में एक सफलता है।"
टीम ने यह भी नोट किया कि उन्हें विनिर्माण प्रक्रिया में सुधार करने की आवश्यकता है ताकि नैनोस्केल ट्रांजिस्टर पूरे चिप में अधिक समान हों।
यह पहली बार नहीं है जब एमआईटी ने मूर के कानून की सीमाओं को आगे बढ़ाने के लिए काम किया है। इस साल की शुरुआत में, एमआईटी वैज्ञानिकों ने एक ट्रांजिस्टर का प्रदर्शन किया जो नैनोसेकंड में चालू और बंद हो सकता है और एक अरब चक्र तक टिकाऊ होता है।