Ricerca che appare oggi in Comunicazioni sulla natura trova utile nuovo potenziale di gestione delle informazioni in campioni di solfuro di stagno (II) (SnS), un candidato materiale per transistor "valleytronics" che un giorno potrebbe consentire ai produttori di chip di caricare più potenza di calcolo sui microchip.

La ricerca è stata guidata da Jie Yao del Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Dipartimento dell'energia e da Shuren Lin del Dipartimento di scienza e ingegneria dei materiali dell'UC Berkeley e ha coinvolto scienziati di Singapore e della Cina. Fonderia molecolare di Berkeley Lab, una struttura utente DOE Office of Science, contribuito all'opera.

Per diversi decenni, i miglioramenti nei materiali dei transistor convenzionali sono stati sufficienti per sostenere la Legge di Moore - il modello storico dei produttori di microchip che imballano più transistor (e quindi più capacità di memorizzazione e gestione delle informazioni) in un dato volume di silicio. Oggi, però, i produttori di chip temono di poter raggiungere presto i limiti fondamentali dei materiali convenzionali. Se non possono continuare a imballare più transistor in spazi più piccoli, temono che la legge di Moore possa crollare, impedendo che i circuiti futuri diventino più piccoli e più potenti dei loro predecessori.

Ecco perché i ricercatori di tutto il mondo sono alla ricerca di nuovi materiali in grado di calcolare in spazi più piccoli, principalmente sfruttando gli ulteriori gradi di libertà che i materiali offrono - in altre parole, utilizzando le proprietà uniche di un materiale per calcolare più 0 e 1 nello stesso spazio. Spintronica, Per esempio, è un concetto per i transistor che sfrutta gli spin su e giù degli elettroni nei materiali come stati on/off del transistor.

Valleytronics, un altro approccio emergente, utilizza la risposta altamente selettiva dei materiali cristallini candidati in condizioni di illuminazione specifiche per denotare i loro stati on/off, ovvero usando le strutture a bande dei materiali in modo che le informazioni di 0 e 1 siano immagazzinate in valli energetiche separate di elettroni, che dipendono dalle strutture cristalline dei materiali.

In questo nuovo studio, il team di ricerca ha dimostrato che il solfuro di stagno (II) (SnS) è in grado di assorbire diverse polarizzazioni della luce e quindi riemettere selettivamente luce di diversi colori a diverse polarizzazioni. Questo è utile per accedere contemporaneamente sia ai soliti gradi di libertà elettronici - sia al valleytronic del materiale, che aumenterebbe sostanzialmente la potenza di calcolo e la densità di memorizzazione dei dati dei circuiti realizzati con il materiale.

"Mostriamo un nuovo materiale con valli energetiche distintive che possono essere identificate direttamente e controllate separatamente, " ha detto Yao. "Questo è importante perché ci fornisce una piattaforma per capire come le firme delle valli vengono trasportate dagli elettroni e come le informazioni possono essere facilmente archiviate ed elaborate tra le valli, che hanno un significato sia scientifico che ingegneristico."

Lin, il primo autore del saggio, detto che il materiale è diverso dai materiali Valleytronics candidati precedentemente studiati perché possiede tale selettività a temperatura ambiente senza ulteriori distorsioni a parte la sorgente di luce di eccitazione, che allevia i requisiti precedentemente stringenti nel controllo delle valli. Rispetto ai materiali precedenti, SnS è anche molto più facile da elaborare.

Con questa constatazione, i ricercatori saranno in grado di sviluppare dispositivi Valleytronic operativi, che un giorno potrà essere integrato in circuiti elettronici. L'accoppiamento unico tra luce e valli in questo nuovo materiale potrebbe anche aprire la strada a futuri chip elettronici/fotonici ibridi.

L'iniziativa "Beyond Moore's Law" di Berkeley Lab sfrutta le capacità scientifiche di base e le strutture utente uniche di Berkeley Lab e UC Berkeley per valutare candidati promettenti per l'elettronica di prossima generazione e le tecnologie informatiche. Il suo obiettivo è quello di costruire strette collaborazioni con l'industria per accelerare il tempo normalmente necessario per passare dalla scoperta di una tecnologia alla sua espansione e commercializzazione.