降低晶体管开关功率;拥有超能力的纸;形成山谷流。
降低晶体管开关功率
电子学中最大的挑战之一是在晶体管开关操作期间降低功耗。然而，加州大学圣巴巴拉分校和莱斯大学的工程师们展示了一种新的开关电压只有0.1伏的晶体管与最先进的mosfet相比，降低了90%以上的功耗。
加州大学圣巴巴拉分校电子与计算机工程教授Kaustav Banerjee说:“晶体管的开度陡度由一个称为亚阈值摆动的参数表征，在mosfet中，这个参数不能降低到一定水平以下。”在室温下，最小栅极电压变化为60毫伏，需要将mosfet的电流改变10倍。从本质上讲，晶体管技术的现有状态限制了数字电路的能源效率潜力。
研究小组采取了一种新的方法来颠覆这一基本限制。他们利用带对带隧道的量子力学现象设计了一个隧道场效应晶体管(TFET)，每十年的次阈值摆动低于60mv。
Banerjee说:“我们重组了晶体管的源到通道结，以过滤掉即使在关闭状态下也能扩散到源/通道势垒上的高能电子，从而使关闭状态电流小到可以忽略不计。”
上图:ATLAS-TFET的示意图，显示了Ge源/衬底、MoS2通道和带对带(BTBT)隧道方向。下:制备器件的示意图，显示Ge源/衬底以及原生GeOx层，MoS2通道顶部带有栅极电介质。源极和漏极的部分以及围绕MoS2的Ge衬底被介质(SiO2)完全覆盖，以防止它们影响栅电极。(来源:康家豪/UCSB)
该团队设计的TFET使用二硫化钼作为载流通道，放置在高掺杂锗作为源电极上，其提供了理想的表面和厚度仅为1.3nm。
“我们的想法的关键是将3D和2D材料结合在一个独特的异质结构中，以实现两个世界的最好。成熟的3D结构掺杂技术与2D层的超薄特性和原始界面相结合，获得了一种高效的量子力学隧穿屏障，可以很容易地通过栅极进行调整，”该论文的主要作者、博士生Deblina Sarkar评论道。
Banerjee说:“我们已经设计出了目前最薄的亚热离子晶体管。”原子薄和分层半导体通道隧道FET(或ATLAS-TFET)是唯一的平面结构TFET在40年的漏极电流中实现亚热离子亚阈值摆动(室温下~30毫伏/十年)，并且是所有结构中唯一在0.1V的超低漏源电压下实现这一目标的结构。
拥有超能力的纸
瑞典Linköping大学的研究人员开发了一种新的，具有储存能量能力的纸质材料．一块直径为15厘米、厚度为0.1毫米的薄膜可以储存1f的能量，与目前市场上的超级电容器类似。这种材料可以充电数百次，每次充电只需几秒钟。
“具有电容器功能的薄膜已经存在了一段时间。我们所做的就是制造出三维的材料。我们可以生产出厚薄片，”Linköping的有机电子学教授泽维尔·克里斯平(Xavier Crispin)说。
研究人员称这种材料为“能量纸”，它看起来和摸起来就像一种轻微的塑料纸，研究人员用一张纸折了一只折纸天鹅来取乐，这表明了它的强度。
一张电力纸。(来源:Thor Balkhed/Linköping)
该材料的结构基础是纳米纤维素，利用高压水将直径细至20nm的纤维素纤维分解。在水溶液中加入一种带电聚合物(PEDOT:PSS)，在纤维周围形成一层薄薄的涂层。
进行实验的博士生Jesper Edberg解释说:“被包裹的纤维缠结在一起，它们之间的液体起着电解质的作用。”
这种新型纤维聚合物材料在同时导电离子和电子方面创造了世界纪录，这解释了它非凡的能量储存能力。它还为继续向更高容量发展打开了大门。与目前市场上的电池和电容器不同，电力纸由简单的材料制成——可再生纤维素和一种容易获得的聚合物。它重量轻，不需要危险的化学物质或重金属，而且防水。
创建山谷电流
东京大学的研究人员展示了一种“山谷电子技术”，为未来的“山谷电子技术”提供了动力电控谷电流装置它将传统电流转换为谷电流，使其通过一个长(3.5微米)通道，然后将谷电流转换回可以通过可测量电压检测到的充电电流。研究小组将石墨烯双层夹在两层绝缘体之间，整个设备夹在两层导电层或“栅极”之间，从而实现对谷的控制。
山谷电子设备的原子力显微镜图像。亮橙色区域是双层石墨烯。浅蓝色区域显示了顶部门的区域。电流从装置的右侧注入，并转换为谷电流。谷电流被转换回充电电流并作为电压信号检测。(来源:Seigo Tarucha/东京大学)
该小组将山谷电流转移到足够大的距离上，以排除对他们的结果的其他可能的竞争解释，并能够在大范围内控制山谷电流转换的效率。该设备在远高于预期的温度下工作。研究小组成员山本Michihisa Yamamoto博士说:“我们通常在低于氦液化点(-268.95C，高于绝对零度4.2K)的温度下测量我们的设备来检测这种现象。”“我们很惊讶，即使在-203.15C (70K)也能检测到信号。在未来，有可能开发出可以在室温下工作的设备。”
谷电流不像电荷电流是不耗散的。这意味着在信息传递过程中没有能量损失，”东京大学应用物理系教授Seigo Tarucha说。“随着功耗成为现代电子产品的一个主要问题，基于谷电流的设备为未来超低功耗计算设备开辟了一个新的方向。”
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