Älylaitteiden teho on kasvanut, kun transistorit ovat kutistuneet. Kuva: Japanexperterna.se / Wikimedia Commons
Älylaitteiden teho on kasvanut, kun transistorit ovat kutistuneet. Kuva: Japanexperterna.se / Wikimedia Commons

Nykyisiä piipohjaisia transistoreja ei voi enää juurikaan kutistaa, koska silloin kvanttimekaniikka alkaa häiritä laitteen toimintaa. Yhdysvaltalaiset tutkijat ohittivat tämän esteen vaihtamalla piin molybdeenidisulfidiin – voiteluaineeseen, jota myydään autojen varaosaliikkeissä.

Tietokoneiden ja muiden älyhärpäkkeiden kehitys on perustunut pitkälti yhä pienempiin puolijohdetransistoreihin. Voittokulku on tähän asti noudattanut niin sanottua Mooren lakia: samaan tilaan pakattu transistorimäärä on pystytty tuplaamaan kahden vuoden välein.

Tutkijat ovat kuitenkin olleet pitkään tietoisia, että raja on tulossa vastaan. Nyt on jo kaupan transistoreja, joiden hilaosa on hieman yli kymmenen nanometriä. Kun vielä nipistetään viisi nanometriä, kvanttimekaniikka astuu peliin.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

Hila nimittäin säätelee transistorin kanavan läpi virtaavia elektroneja vähän samaan tapaan hana veden lorinaa altaaseen. Hila siis pysäyttää tai päästää elektronit eteenpäin – ellei se ole liian lyhyt. Raja on viisi nanometriä. Sitä tyngempi hila ei pysty pitämään elektroneja aisoissa.

Sisältö jatkuu mainoksen alla

”Tämä tarkoittaa, ettemme pysty sammuttamaan transistoreja”, tohtorikoulutettava Sujay Desai selittää Berkeley-laboratorion tiedotteessa.

Desay ja hänen kollegansa Berkeleyn, Stanfordin ja Texasin yliopistoista ohittivat tämän esteen hylkäämällä piin. He valmistivat transistorin piin sijaan hiilinanoputkista ja molybdeenidisulfidista (MoS2), jota käytetään muun muassa voiteluaineena.

Transistori toimi, vaikka hiilinanoputkihila oli vain yhden nanometrin mittainen. Vertailun vuoksi: ihmisen hius on peräti 50 000 nanometriä paksu.

”Teimme tähän asti pienimmän transistorin. Oikeilla materiaalivalinnoilla sähköisiä laitteita on siis vielä varaa kutistaa”, kehuu tutkija Ali Javey Berkeley-laboratoriosta.

Professori Moon Kimin mukaan uusi laite hukkasi vähemmän virtaa kuin piihin perustuva.

”Tämä tarkoittaa muun muassa sitä, että tällä teknologialla rakennettua älypuhelinta ei tarvitsisi ladata niin usein”, hän sanoo Texasin yliopiston tiedotteessa.

Vaikka tulos on lupaava, vielä on runsaasti teknisiä pulmia ratkottavana, ennen kuin uusi transistori saadaan sarjatuotantoon.

”Näin pienten hilojen tuotanto vaatii uusia innovaatioita”, Kim kiteyttää.

Tutkimuksen julkaisi Science.

Sisältö jatkuu mainoksen alla