Международен екип учени изготви нова технологична „пътна карта“ за използване на двуизмерния материал индиев селенид (InSe) в бъдещи електронни и квантови системи. Той се разглежда като потенциален наследник на силиция в ерата след класическите полупроводници.
Индиевият селенид обещава изключително ниска консумация на енергия, висока скорост на електронен транспорт и възможност за обединяване на изчисление и памет в една и съща структура.
Материалът в неговата двуизмерна форма е ключов кандидат за следващото поколение изчислителни системи с изключително ниска консумация на енергия, както и за квантови компютърни архитектури.
Възможностите за неговото приложение и развитие бяха развити от група изследователски екип от Университета Сунгкюнкван, съвместно с учени от Университета в Пенсилвания и научно-изследователските лаборатории на щатските ВВС.
Съвременните силициеви чипове вече се приближават до миниатюризация под един нанометър. На тези нива възникват редица фундаментални проблеми – рязко увеличаване на енергопотреблението, прегряване и течове на ток.
Именно тези ограничения насочват вниманието към нови класове материали. Екипът на Сънгук Сонг от катедрата по енергийни науки в университета Сунгкюнкван се фокусира върху InSe – атомно тънък полупроводников материал с редица необичайни свойства.
Индиевият селенид демонстрира изключително добри характеристики на балистичен електронен транспорт. На практика това означава, че електроните могат да се движат с висока скорост и минимално съпротивление.
Материалът има и изключително малка ефективна маса на електроните. Това позволява работа при високи честоти, но със значително по-нисък енергиен разход в сравнение с традиционните полупроводници.
Допълнително предимство е, че при определени атомни конфигурации InSe проявява фероелектрични свойства. С други думи – той може да „помни“ електрическото си състояние. Тази особеност го прави особено подходящ за многофункционални полупроводникови устройства.
Един от ключовите изводи в изследването е възможността индиевият селенид да изпълнява едновременно две фундаментални роли – изчисление (логика) и съхранение на данни (памет) – в рамките на един и същ материал.
Подобен подход поставя под въпрос класическата компютърна архитектура на фон Нойман, при която данните постоянно се прехвърлят между процесора и паметта. Именно този обмен е една от основните причини за енергийна неефективност в съвременните системи.
Възможността за т.нар. “in-memory computing” (изчисления в паметта) позволява значително съкращаване на пътя на данните и намаляване на загубите на енергия. Представената пътна карта описва конкретни технологични стъпки – от изграждане на ултрамалки квантови транзистори до създаване на енергонезависими памети на основата на InSe.
Изследването разглежда и редица практически предизвикателства, които трябва да бъдат решени преди индустриалното внедряване. Сред тях са синтезът на материала върху големи площи и стабилността му при окисление.
Ако тези препятствия бъдат преодолени, устройствата на основата на индиев селенид могат да се превърнат в ключов компонент както в периферията на квантовите компютри, така и в бъдещите чипове за изкуствен интелект с ултраниска консумация на енергия.
„Това изследване е важно, защото индиевият селенид не е просто нов материал – той предполага промяна в самата парадигма на изчисленията“, коментира проф. Сънгук Сонг.
По неговите думи, InSe има потенциал да се превърне в основна технологична платформа, която свързва квантовите информационни технологии с разработването на енергийно ефективни полупроводници.
