2021 年,麻省理工学院(MIT)的物理学家领导的一个联合团队报告称,他们发明了一种新型超薄铁电材料,是一种正电荷和负电荷可以分离成不同层的材料,当时他们指出,这种材料在计算机内存等领域极具有应用潜力。而今,该团队用这种材料制造了晶体管,并证明了其实用性。
在铁电材料中,正电荷和负电荷会自发地流向不同的一侧或极点,施加外部电场后,这些电荷会转换方向,从而反转极化。将极化进行转换可用于编码数字信息,而这些信息是非易失性的,除非施加电场,否则信息不会改变。
这种新型铁电材料是基于原子级厚度的氮化硼薄片,这些薄片彼此平行堆叠,当将电场施加到这种平行堆叠结构上时,一层氮化硼材料会滑过另一层,从而略微改变硼原子和氮原子的位置。因为原子的直径约为1埃,所以只要将两层滑动几埃,就能得到截然不同的电子元件。并且与传统材料相比,这种材料制成的存储器不会随着写入和擦除而出现一些退化,因为这种层间的滑动过程不会磨损。
据了解,这种晶体管可以在纳秒级(一纳秒是十亿分之一秒)的时间尺度上以极高的速度在正电荷和负电荷(也就是数字信息的1和0)之间切换,并且在经过1000亿次开关后,它仍然运行良好,没有出现任何性能下降的迹象。
同时,这一技术所用的材料厚度仅为十亿分之一米,是世界上最薄的材料之一,因此可以实现更密集的计算机内存存储,并且因为切换所需的电压与材料厚度成比例,超薄也就意味着超低的切换电压,它还可以制造出更节能的晶体管。
不过,目前生产新型铁电材料的方法还很困难,不适合大规模生产,未来如果解决了这方面的问题,这种材料将极大的提升未来电子产品的性能。