画期的な成果として、研究者たちは、2次元（2D）材料だけで作られた初の機能的コンピュータを構築しました。これは、マイクロエレクトロニクスにおけるシリコンの置き換えに向けた重要な一歩であり、前例のないスケーリングとパフォーマンスの向上を約束します。
Ghoshらによって報告されたこのブレークスルーは、モリブデンジスルフィド（MoS₂）やタングステンセレニド（WSe₂）などの2D材料を使用して構築された、相補型金属酸化膜半導体（CMOS）ワン命令セットコンピュータ（OISC）を含んでいます。原子スケールの厚さと優れたキャリア移動度を特徴とするこれらの材料は、従来のシリコンベースの半導体よりも魅力的な利点を提供します。この開発は、これらの材料を複雑な回路に統合するための道を再定義します。
チームは、大面積n型MoS₂およびp型WSe₂電界効果トランジスタ（FET）を統合することにより、CMOSプラットフォームを設計しました。このアプローチにより、効果的な相補動作が可能になります。統合された2D CMOS回路は、3ボルト未満で機能的な動作を示し、スイッチング周波数は最大25 kHzに達しました。このシステムは、ピコワット範囲で動作し、著しく低い消費電力も示しました。
この超低消費電力特性は、ウェアラブルエレクトロニクスや埋め込み型生体医療デバイスなど、エネルギー効率を必要とするアプリケーションにとって非常に望ましいものです。これらの材料の統合の成功は、論理エレクトロニクスだけでなく、光エレクトロニクス、フレキシブルデバイス、センサーにとってもエキサイティングなフロンティアを開きます。この研究は、2Dエレクトロニクスにおけるデバイスの可変性とインターフェースエンジニアリングの実用的な重要性を強調しています。
プロトタイプのOISCは、2D半導体技術を通じて実装されたデジタルロジックの基本的な構成要素を実証し、ミニマルでありながら完全に機能するコンピューティングアーキテクチャを具体化しています。この研究は、CMOSロジックにおけるシリコンの実行可能な代替品としての2D材料の可能性を裏付け、この分野の進化における画期的な出来事を表しています。継続的な研究開発により、超スケーリングされた、エネルギー効率の高い2D材料ベースのマイクロプロセッサが間もなく実現する可能性があります。