I ricercatori dell'Università del Texas a Dallas hanno creato una tecnologia che potrebbe essere il primo passo verso computer indossabili con fonti di alimentazione autonome o, più immediatamente, uno smartphone che non muore dopo poche ore di uso intenso.

Questa tecnologia, pubblicato online in Comunicazioni sulla natura , sfrutta la potenza di un singolo elettrone per controllare il consumo di energia all'interno dei transistor, che sono alla base della maggior parte dei moderni sistemi elettronici.

I ricercatori della Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science hanno scoperto che aggiungendo uno specifico strato di film sottile atomico a un transistor, lo strato fungeva da filtro per l'energia che lo attraversava a temperatura ambiente. Il segnale che risultava dal dispositivo era da sei a sette volte più ripido di quello dei dispositivi tradizionali. I dispositivi ripidi utilizzano meno tensione ma hanno comunque un segnale forte.

"L'intera industria dei semiconduttori è alla ricerca di dispositivi ripidi perché sono la chiave per avere piccoli, potente, dispositivi mobili con molte funzioni che operano rapidamente senza consumare molta batteria, " ha detto il dottor Jiyoung Kim, professore di scienza e ingegneria dei materiali alla Jonsson School e autore del documento. "Il nostro dispositivo è una soluzione per far sì che ciò accada."

Attingere al comportamento unico e sottile di un singolo elettrone è il modo più efficiente dal punto di vista energetico per trasmettere segnali nei dispositivi elettronici. Poiché il segnale è così piccolo, può essere facilmente diluito da rumori termici a temperatura ambiente. Per vedere questo segnale quantico, ingegneri e scienziati che costruiscono dispositivi elettronici in genere utilizzano tecniche di raffreddamento esterno per compensare l'energia termica nell'ambiente degli elettroni. Il filtro creato dai ricercatori di UT Dallas è un modo per filtrare efficacemente il rumore termico.

Il dottor Kyeongjae "K.J." Cho, professore di scienza dei materiali, ingegneria e fisica e autore dell'articolo, concordato sul fatto che i transistor realizzati con questa tecnica di filtraggio potrebbero rivoluzionare l'industria dei semiconduttori.

"Dover raffreddare la dispersione termica nei moderni transistor limita il modo in cui è possibile realizzare piccoli dispositivi elettronici di consumo, " ha detto Cho, che ha utilizzato tecniche di modellazione avanzate per spiegare i fenomeni di laboratorio. "Abbiamo ideato una tecnica per raffreddare gli elettroni internamente, consentendo la riduzione della tensione operativa, in modo da poter creare ancora più piccoli, dispositivi più efficienti dal punto di vista energetico."

Ogni volta che un dispositivo come uno smartphone o un tablet esegue un calcolo richiede energia elettrica per il funzionamento. Ridurre la tensione di esercizio significherebbe una durata di conservazione più lunga per questi prodotti e altri. Dispositivi a bassa potenza potrebbero significare computer indossati con o sopra gli indumenti che non richiedono una fonte di alimentazione esterna, tra l'altro.

Per creare questa tecnologia, i ricercatori hanno aggiunto un film sottile di ossido di cromo sul dispositivo. quello strato, a temperatura ambiente di circa 80 gradi Fahrenheit, filtrato il frigorifero, elettroni stabili e ha fornito stabilità al dispositivo. Normalmente, tale stabilità si ottiene raffreddando l'intero dispositivo elettronico a semiconduttore a temperature criogeniche, circa meno 321 gradi Fahrenheit.

Un'altra innovazione utilizzata per creare questa tecnologia è stato un sistema di stratificazione verticale, che sarebbe più pratico man mano che i dispositivi diventano più piccoli.

"Un modo per ridurre le dimensioni del dispositivo è renderlo verticale, quindi la corrente scorre dall'alto verso il basso invece della tradizionale sinistra verso destra, " ha detto Kim, che ha aggiunto lo strato sottile al dispositivo.

I risultati dei test di laboratorio hanno mostrato che il dispositivo a temperatura ambiente aveva una potenza del segnale di elettroni simile ai dispositivi convenzionali a meno 378 gradi Fahrenheit. Il segnale ha mantenuto tutte le altre proprietà. I ricercatori proveranno anche questa tecnica su elettroni che vengono manipolati attraverso mezzi optoelettronici e spintronici, luminosi e magnetici.

Il prossimo passo è estendere questo sistema di filtraggio ai semiconduttori prodotti con la tecnologia Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS).

"L'elettronica del passato era basata sui tubi a vuoto, " Cho ha detto. "Quei dispositivi erano grandi e richiedevano molta potenza. Poi il campo è passato ai transistor bipolari realizzati in tecnologia CMOS. Ora siamo di nuovo di fronte a una crisi energetica, e questa è una soluzione per ridurre l'energia man mano che i dispositivi diventano sempre più piccoli."