2021 में, एमआईटी भौतिकविदों के नेतृत्व में एक टीम ने एक नई अल्ट्राथिन फेरोइलेक्ट्रिक सामग्री बनाने की सूचना दी, या जहां सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज अलग-अलग परतों में अलग हो जाते हैं।उस समय, उन्होंने कंप्यूटर मेमोरी में अनुप्रयोगों के लिए सामग्री की क्षमता और बहुत कुछ पर ध्यान दिया।अब उसी कोर टीम और सहकर्मियों - जिसमें बगल की प्रयोगशाला के दो लोग भी शामिल हैं - ने उस सामग्री से एक ट्रांजिस्टर बनाया है और दिखाया है कि इसके गुण इतने उपयोगी हैं कि यह इलेक्ट्रॉनिक्स की दुनिया को बदल सकता है।

यद्यपि टीम के परिणाम प्रयोगशाला में एकल ट्रांजिस्टर पर आधारित हैं, "कई पहलुओं में इसके गुण आज उत्पादित फेरोइलेक्ट्रिक ट्रांजिस्टर के लिए पहले से ही उद्योग मानकों को पूरा करते हैं या उससे अधिक हैं", भौतिकी के सेसिल और इडा ग्रीन प्रोफेसर पाब्लो जारिलो-हेरेरो कहते हैं, जोभौतिकी के प्रोफेसर रेमंड अशूरी के साथ काम का नेतृत्व किया।दोनों सामग्री अनुसंधान प्रयोगशाला से भी संबद्ध हैं।

"मेरी प्रयोगशाला में हम मुख्य रूप से ऐसा करते हैंमौलिक भौतिकी.जारिलो-हेरेरो कहते हैं, "यह पहला और शायद सबसे नाटकीय उदाहरणों में से एक है कि कैसे बहुत ही बुनियादी विज्ञान ने ऐसी चीज़ को जन्म दिया है जिसका अनुप्रयोगों पर बड़ा प्रभाव पड़ सकता है।"

अशुरी कहते हैं, "जब मैं भौतिकी में अपने पूरे करियर के बारे में सोचता हूं, तो मुझे लगता है कि यह वह काम है जो अब से 10 से 20 साल बाद दुनिया को बदल सकता है।"

नए ट्रांजिस्टर के उत्कृष्ट गुणों में से:

• यह सकारात्मक और के बीच स्विच कर सकता हैनकारात्मक आरोपâअनिवार्य रूप से डिजिटल जानकारी के एक और शून्य-बहुत उच्च गति पर, नैनोसेकंड समय के पैमाने पर।(एक नैनोसेकंड एक सेकंड का अरबवां हिस्सा है।)
• यह अत्यंत कठिन है.100 अरब स्विचों के बाद, यह अभी भी गिरावट के किसी भी संकेत के साथ काम कर रहा है।
• जादू के पीछे की सामग्री केवल अरबों मीटर मोटी है, जो दुनिया में अपनी तरह की सबसे पतली सामग्री में से एक है।बदले में, यह अधिक सघन कंप्यूटर मेमोरी स्टोरेज की अनुमति दे सकता है।इससे सामग्री की मोटाई के साथ स्विचिंग स्केल के लिए आवश्यक वोल्टेज के कारण अधिक ऊर्जा-कुशल ट्रांजिस्टर भी बन सकते हैं।(अल्ट्राथिन अल्ट्रालो वोल्टेज के बराबर है।)

काम हैप्रकाशितके एक हालिया अंक मेंविज्ञान.पेपर के सह-प्रथम लेखक केनजी यासुदा हैं, जो अब कॉर्नेल विश्वविद्यालय में सहायक प्रोफेसर हैं, और इवान ज़ालिस-गेलर, जो अब एटम कंप्यूटिंग में हैं।अतिरिक्त लेखक ज़िरुई वांग हैं, जो भौतिकी में एमआईटी स्नातक छात्र हैं;हार्वर्ड विश्वविद्यालय के डैनियल बेनेट और एफथिमियोस काक्सीरास;सूरज एस. चीमा, एमआईटी के इलेक्ट्रिकल इंजीनियरिंग और कंप्यूटर विज्ञान विभाग में सहायक प्रोफेसर और इलेक्ट्रॉनिक्स अनुसंधान प्रयोगशाला के एक सहयोगी;और जापान में नेशनल इंस्टीट्यूट फॉर मैटेरियल्स साइंस के केंजी वतनबे और ताकाशी तानिगुची।

उन्होंने क्या किया

फेरोइलेक्ट्रिक सामग्री में, सकारात्मक और नकारात्मक चार्ज अनायास अलग-अलग पक्षों या ध्रुवों की ओर बढ़ते हैं।बाहरी विद्युत क्षेत्र के अनुप्रयोग पर, वे आवेश ध्रुवीकरण को उलटते हुए पक्ष बदल लेते हैं।ध्रुवीकरण को स्विच करने का उपयोग डिजिटल जानकारी को एनकोड करने के लिए किया जा सकता है, और वह जानकारी समय के साथ गैर-वाष्पशील या स्थिर हो जाएगी।यह तब तक नहीं बदलेगा जब तक कि कोई विद्युत क्षेत्र लागू न किया जाए।इलेक्ट्रॉनिक्स में व्यापक अनुप्रयोग के लिए फेरोइलेक्ट्रिक के लिए, यह सब कमरे के तापमान पर होना चाहिए।

नई फेरोइलेक्ट्रिक सामग्रीसूचना दीमेंविज्ञान2021 में बोरॉन नाइट्राइड की परमाणु रूप से पतली चादरों पर आधारित है जो एक दूसरे के समानांतर खड़ी होती हैं, एक ऐसा विन्यास जो प्रकृति में मौजूद नहीं है।थोक बोरान नाइट्राइड में, बोरान नाइट्राइड की अलग-अलग परतों को 180 डिग्री तक घुमाया जाता है।

यह पता चलता है कि जब इस समानांतर स्टैक्ड कॉन्फ़िगरेशन पर एक विद्युत क्षेत्र लागू किया जाता है, तो नए बोरॉन नाइट्राइड सामग्री की एक परत दूसरे पर स्लाइड करती है, जिससे बोरॉन और नाइट्रोजन परमाणुओं की स्थिति थोड़ी बदल जाती है।उदाहरण के लिए, कल्पना करें कि आपका प्रत्येक हाथ कोशिकाओं की केवल एक परत से बना है।नई घटना आपके हाथों को एक साथ दबाने और फिर एक को दूसरे के ऊपर थोड़ा सा स्थानांतरित करने जैसा है।

"तो चमत्कार यह है कि दो परतों को कुछ एंगस्ट्रॉम तक सरकाने से, आप मौलिक रूप से भिन्न इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ समाप्त होते हैं," अशूरी कहते हैं।एक परमाणु का व्यास लगभग 1 एंगस्ट्रॉम होता है।

एक और चमत्कार: "फिसलने में कुछ भी नहीं घिसता," अशूरी आगे कहते हैं।इसीलिए नए ट्रांजिस्टर को बिना खराब हुए 100 अरब बार स्विच किया जा सकता है।इसकी तुलना ए में मौजूद मेमोरी से करेंफ्लैश ड्राइवपारंपरिक सामग्रियों से बनाया गया।आशूरी कहते हैं, "हर बार जब आप फ्लैश मेमोरी लिखते और मिटाते हैं, तो आपको कुछ गिरावट मिलती है।""समय के साथ, यह खराब हो जाता है, जिसका अर्थ है कि आपको चिप पर जहां आप पढ़ रहे हैं और लिख रहे हैं उसे वितरित करने के लिए कुछ बहुत ही परिष्कृत तरीकों का उपयोग करना होगा।"नई सामग्री उन चरणों को अप्रचलित बना सकती है।

एक सहयोगात्मक प्रयास

यसुदा, वर्तमान के सह-प्रथम लेखकविज्ञानपेपर, कार्य में शामिल सहयोग की सराहना करता है।उनमें से, "हमने [जेरिलो-हेरेरो की टीम] ने सामग्री बनाई और, रे [अशूरी] और [सह-प्रथम लेखक] इवान [ज़ालिस-गेलर] के साथ मिलकर, हमने इसकी विशेषताओं को विस्तार से मापा। यह बहुत रोमांचक था।"आशुरी कहते हैं, "मेरी प्रयोगशाला में कई तकनीकें स्वाभाविक रूप से अगले दरवाजे वाली प्रयोगशाला में चल रहे काम पर लागू होती हैं। यह बहुत मजेदार रहा है।"

अशूरी का कहना है कि "इसके पीछे बहुत सारी दिलचस्प भौतिकी है" जिसका पता लगाया जा सकता है।उदाहरण के लिए, "यदि आप दो परतों के एक-दूसरे से फिसलने के बारे में सोचते हैं, तो वह फिसलन कहाँ से शुरू होती है?"इसके अलावा, यसुदा का कहना है, क्या फेरोइलेक्ट्रिसिटी को बिजली के अलावा किसी अन्य चीज़, जैसे ऑप्टिकल पल्स से चालू किया जा सकता है?और क्या सामग्री द्वारा बनाए जा सकने वाले स्विचों की संख्या की कोई मौलिक सीमा है?

चुनौतियाँ बनी हुई हैं.उदाहरण के लिए, नए फेरोइलेक्ट्रिक्स के उत्पादन का मौजूदा तरीका कठिन है और बड़े पैमाने पर विनिर्माण के लिए अनुकूल नहीं है।यासुदा कहते हैं, "हमने प्रदर्शन के तौर पर एक ट्रांजिस्टर बनाया। अगर लोग इन सामग्रियों को वेफर पैमाने पर विकसित कर सकें, तो हम और भी बहुत कुछ बना सकते हैं।"उन्होंने नोट किया कि विभिन्न समूह पहले से ही इस दिशा में काम कर रहे हैं।

अशुरी ने निष्कर्ष निकाला, "कुछ समस्याएं हैं। लेकिन अगर आप उन्हें हल करते हैं, तो यह सामग्री कई मायनों में संभावित भविष्य के इलेक्ट्रॉनिक्स में फिट बैठती है। यह बहुत रोमांचक है।"

यह कहानी एमआईटी न्यूज़ के सौजन्य से पुनः प्रकाशित की गई है (web.mit.edu/newsoffice/), एक लोकप्रिय साइट जो एमआईटी अनुसंधान, नवाचार और शिक्षण के बारे में समाचार कवर करती है।