麻省理工学院科学家开发出拥有纳秒级开关速度和十亿周期耐久性的晶体管

这种晶体管的杀手级性能源于 2021 铁电材料进步的独特特性，这种材料由平行堆叠的氮化硼薄层组成。

铁电材料的广义定义是，它是一种能在自身内部自发产生正电荷和负电荷的特殊晶体，这些电荷可以通过施加电场而翻转。

然而，这种新材料的表现似乎有些不同。当对其施加电场时，平行层会轻微移动位置，将硼原子和氮原子推移到仅一线之隔。这使得材料的电子特性发生了极大的改变。研究人员解释说，这就像把两只手按在一起，然后在上面滑动。"

这篇论文的主要合著者雷蒙德-阿斯霍里（Raymond Ashoori）说："奇迹就在于，只要将这两层滑动几个埃，就能得到完全不同的电子器件。"

由此产生的晶体管具有多项改变游戏规则的特性。首先，它能以纳秒级的速度在正负电荷（数字数据的 1 和 0）之间快速切换。快速切换是高性能计算和数据处理的关键。此外，由于"滑动过程中没有任何损耗"，阿斯霍里指出，理论上这种晶体管可以切换超过 1000 亿次而不会出现性能下降。这与传统闪存不同，传统闪存会因重复写入/擦除循环而缓慢降级。

由于铁电材料非常薄（仅为十亿分之一米），因此可以实现更密集的计算机内存存储。这一特性还意味着晶体管所需的工作电压更低，因为开关电压会随着厚度的增加而增加，从而使晶体管的整体能效更高。

到目前为止，研究小组只在实验室里开发出了一个晶体管原型。但据该研究的共同负责人巴勃罗-哈里洛-埃雷罗（Pablo Jarillo-Herrero）称，"在多个方面，它的特性已经达到或超过了当前铁电晶体管的行业标准。"

阿斯霍里似乎对这一突破相当热衷，他告诉《麻省理工新闻》："回想我的整个物理学生涯，我认为这项工作在10到20年后可能会改变世界。

这是一个大胆的说法，但如果这种晶体管不辜负他们吹嘘的巨大潜力，他可能会有所发现。论文全文刊登在近期出版的《科学》杂志上。