Creato un transistor molecolare che usa l'interferenza quantistica

Creato un transistor molecolare che usa l'interferenza quantistica

L'interferenza quantistica potrebbe portare a transistor più piccoli, più veloci e più efficienti dal punto di vista energetico da applica a svariati settori, in primis il mondo dei computer. Lo studio condotto da un team internazionale di ricercatori.

di pubblicata il , alle 12:01 nel canale Scienza e tecnologia
 

Un team internazionale di ricercatori della Queen Mary University of London, della University of Oxford, della Lancaster University e della University of Waterloo ha sviluppato un transistor molecolare, a molecola singola, che usa l'interferenza quantistica per controllare il flusso degli elettroni.

Il transistor, descritto in un paper pubblicato su Nature Nanotechnology, apre a nuove possibilità per utilizzare gli effetti quantistici nei dispositivi elettronici.

I transistor sono gli elementi base dell'elettronica moderna. Il metodo con cui vengono realizzati, cioè l'incisione del silicio in minuscoli canali, sta raggiungendo i suoi limiti. Certo, le società del settore tecnologico come Intel e TSMC sono sempre alla ricerca di modi per spostare leggermente più in là la deadline, ma battono anche strade.

D'altronde, man mano che i transistor diventano più piccoli, diventano sempre più inefficienti e suscettibili a errori, poiché gli elettroni possono fuoriuscire attraverso il dispositivo anche quando dovrebbe essere spento, mediante un processo noto come tunneling quantistico. I ricercatori stanno esplorando nuovi tipi di meccanismi di commutazione che possono essere utilizzati con materiali diversi per eliminare questo effetto.

Nelle strutture su scala nanometrica studiate dal professor Jan Mol e dal dottor James Thomas e dal loro gruppo di studio presso la Queen Mary's School of Physical and Chemical Sciences, dominano gli effetti della meccanica quantistica e gli elettroni si comportano come onde piuttosto che come particelle.

Sfruttando questi effetti quantistici, i ricercatori hanno costruito un nuovo transistor. Il canale conduttivo del transistor è una singola porfirina di zinco, una molecola in grado di condurre elettricità. La porfirina è inserita tra due elettrodi di grafene e, quando viene applicata una tensione agli elettrodi, il flusso di elettroni attraverso la molecola può essere controllato utilizzando l'interferenza quantistica.

L'interferenza è un fenomeno che si verifica quando due onde interagiscono tra loro e si annullano a vicenda (interferenza distruttiva) o si rinforzano a vicenda (interferenza costruttiva). Nel caso del nuovo transistor, i ricercatori hanno acceso e spento il transistor controllando se gli elettroni interferivano in modo costruttivo (acceso) o distruttivo (spento) mentre fluivano attraverso la molecola di porfirina di zinco.

I ricercatori hanno scoperto che il nuovo transistor ha un rapporto on/off molto elevato, il che significa che può essere acceso e spento in modo molto preciso.

L'interferenza quantistica distruttiva gioca un ruolo cruciale in questo comportamento, in quanto elimina il flusso di elettroni disperso dal tunneling quantistico lungo il transistor quando dovrebbe essere spento. I ricercatori hanno anche scoperto che il transistor è molto stabile, a differenza dei transistor precedenti costituiti da una singola molecola che sono stati in grado di dimostrare solo una manciata di cicli di commutazione. In questo caso il transistor può essere utilizzato per centinaia di migliaia di cicli senza rompersi.

"L'interferenza quantistica è un fenomeno potente che ha il potenziale per essere utilizzato in un'ampia varietà di applicazioni elettroniche", ha affermato l'autore principale dello studio, il dottor James Thomas, docente di tecnologie quantistiche alla Queen Mary. "Crediamo che il nostro lavoro rappresenti un passo significativo verso la realizzazione di questo potenziale".

"I nostri risultati mostrano che l'interferenza quantistica può essere utilizzata per controllare il flusso di elettroni nei transistor e che ciò può essere fatto in un modo efficiente e affidabile", ha affermato il coautore, il professor Jan Mol. "Ciò potrebbe portare allo sviluppo di nuovi tipi di transistor che sono più piccoli, più veloci ed efficienti dal punto di vista energetico rispetto ai dispositivi attuali".

I ricercatori hanno anche scoperto che gli effetti dell'interferenza quantistica potrebbero essere utilizzati per migliorare l'oscillazione sottosoglia del transistor, che è una misura della sensibilità del transistor ai cambiamenti nella tensione di gate.

Più bassa è l'oscillazione della sottosoglia, più efficiente è il transistor. I transistor dei ricercatori avevano un'oscillazione sottosoglia di 140 mV/dec, che è migliore delle oscillazioni sottosoglia riportate per altri transistor a singola molecola e paragonabile a dispositivi più grandi realizzati con materiali come i nanotubi di carbonio.

La ricerca è ancora nelle fasi iniziali, ma i ricercatori sono ottimisti sul fatto che il nuovo transistor possa essere utilizzato per creare una nuova generazione di dispositivi elettronici. Questi dispositivi potrebbero essere utilizzati in una varietà di applicazioni, a partire dai computer, dagli smartphone fino ai dispositivi medici.

4 Commenti
Gli autori dei commenti, e non la redazione, sono responsabili dei contenuti da loro inseriti - info
Qarboz25 Marzo 2024, 13:49 #1
Originariamente inviato da: Redazione di Hardware Upgrade
I ricercatori hanno anche scoperto che il transistor è molto stabile, a differenza dei transistor precedenti costituiti da una singola molecola che sono stati in grado di dimostrare solo una manciata di cicli di commutazione. In questo caso il transistor può essere utilizzato per centinaia di migliaia di cicli senza rompersi.


Spero li migliorino e di molto. In una CPU quei cicli di commutazione avvengono anche in meno di un secondo...
UtenteHD25 Marzo 2024, 14:51 #2
Molto interessante, grazie.
Piano piano ci avviciniamo al futuro dei film ed Anime, speriamo non siano quelli negativi.. HEHE
calabar27 Marzo 2024, 13:09 #3
Originariamente inviato da: Qarboz
Spero li migliorino e di molto. In una CPU quei cicli di commutazione avvengono anche in meno di un secondo...

Ma nella CPU non è un singolo transistore a compiere tutti quei cicli.

Pensa per esempio agli SSD, le memorie NAND multicella hanno un'aspettativa di vita di poche migliaia di cicli di scrittura, ma l'SSD può compiere un numero di scritture molto maggiore.

Certo, sono forse pochi rispetto a quelli di un transistore moderno in silicio ma la differenza è minore di quel che sembra.
Qarboz27 Marzo 2024, 13:58 #4
Originariamente inviato da: calabar
Ma nella CPU non è un singolo transistore a compiere tutti quei cicli.

Pensa per esempio agli SSD, le memorie NAND multicella hanno un'aspettativa di vita di poche migliaia di cicli di scrittura, ma l'SSD può compiere un numero di scritture molto maggiore.

Certo, sono forse pochi rispetto a quelli di un transistore moderno in silicio ma la differenza è minore di quel che sembra.


I core delle CPU lavorano a diversi GHz; ovvio che non tutti i transistor cambiano di stato ad ogni fronte del clock. Ipotizzando (sto esagerando e non poco) un cambio di stato ogni 10000 cicli si arriva tranquillamente a 2-300.000 commutazioni al secondo. E ho nominato le CPU perché è scritto nella news che questi transistor potranno essere la base per le future, appunto, CPU

Devi effettuare il login per poter commentare
Se non sei ancora registrato, puoi farlo attraverso questo form.
Se sei già registrato e loggato nel sito, puoi inserire il tuo commento.
Si tenga presente quanto letto nel regolamento, nel rispetto del "quieto vivere".

La discussione è consultabile anche qui, sul forum.
 
^