In un risultato rivoluzionario, i ricercatori hanno costruito il primo computer funzionale interamente da materiali bidimensionali (2D). Questo segna un passo significativo verso la sostituzione del silicio nella microelettronica, promettendo una scalabilità senza precedenti e prestazioni migliorate.
La scoperta, riportata da Ghosh et al., coinvolge un computer a set di istruzioni singolo (OISC) a semiconduttore a ossido di metallo complementare (CMOS) costruito utilizzando materiali 2D come il disolfuro di molibdeno (MoS₂) e il diseleniuro di tungsteno (WSe₂). Questi materiali, caratterizzati dal loro spessore su scala atomica e dall'eccellente mobilità dei portatori, offrono vantaggi convincenti rispetto ai semiconduttori tradizionali a base di silicio. Questo sviluppo ridefinisce il percorso verso l'integrazione di questi materiali in circuiti complessi.
Il team ha progettato una piattaforma CMOS integrando transistor a effetto di campo (FET) MoS₂ di tipo n e WSe₂ di tipo p a grande area. Questo approccio consente un funzionamento complementare efficace. I circuiti CMOS 2D integrati hanno mostrato un funzionamento funzionale al di sotto dei 3 volt, con frequenze di commutazione che hanno raggiunto fino a 25 kHz. Il sistema ha anche dimostrato un consumo energetico notevolmente basso, operando nell'intervallo dei picowatt.
Questa caratteristica di consumo energetico ultra-basso è altamente desiderabile per applicazioni che richiedono efficienza energetica, come l'elettronica indossabile e i dispositivi biomedici impiantabili. La riuscita integrazione di questi materiali apre frontiere entusiasmanti non solo per l'elettronica logica, ma anche per l'optoelettronica, i dispositivi flessibili e i sensori. La ricerca evidenzia l'importanza pratica della variabilità dei dispositivi e dell'ingegneria delle interfacce nell'elettronica 2D.
Il prototipo OISC incarna un'architettura informatica minimalista ma pienamente funzionale, dimostrando i blocchi costitutivi essenziali della logica digitale implementati attraverso la tecnologia dei semiconduttori 2D. Questo lavoro afferma il potenziale dei materiali 2D come valide alternative al silicio nella logica CMOS e rappresenta una pietra miliare nell'evoluzione del settore. Con la continua ricerca e sviluppo, i microprocessori a base di materiali 2D ultra-scalati ed efficienti dal punto di vista energetico potrebbero presto diventare una realtà.