Cipul care poate fi rescris cu lumină: cercetătorii au creat un semiconductor programabil după fabricație

Un cip nu ar trebui să fie neapărat „blocat” în forma în care a ieșit din fabrică. Cercetătorii de la Universitatea Princeton au dezvoltat un semiconductor subțire ale cărui proprietăți pot fi programate, șterse și programate din nou folosind diferite lungimi de undă ale luminii.

Spre deosebire de semiconductoarele convenționale, ale căror proprietăți electrice sunt în mare parte stabilite în timpul fabricației, noul material poate fi ajustat repetat după ce a fost produs. Echipa a demonstrat deja tehnologia pe o bucată de semiconductor cu suprafața de aproximativ un inch pătrat și a construit cu ajutorul ei structuri formate din comutatoare electronice programabile.

Lumina poate schimba comportamentul semiconductorului

Cercetătorii au combinat un semiconductor bidimensional cu molecule sensibile la lumină. Atunci când materialul este expus anumitor lungimi de undă, moleculele își modifică structura. Această schimbare influențează, la rândul ei, proprietățile electronice și optice ale semiconductorului.

Practic, lumina devine o modalitate prin care cercetătorii pot controla felul în care se comportă materialul, fără să fie nevoie să îl reconstruiască. Procesul poate fi repetat, astfel încât proprietățile semiconductorului să fie modificate, șterse și configurate din nou.

Saien Xie, profesor asistent de inginerie electrică și informatică la Princeton și autor principal al studiului, spune că primul pas pentru realizarea unor materiale inteligente este capacitatea acestora de a reacționa la mediul din jur.

Cercetătorii s-au inspirat inclusiv din sistemele biologice, care detectează permanent schimbările din mediul înconjurător și reacționează la ele. În cazul noului semiconductor, stimulul este lumina, iar răspunsul poate fi controlat în funcție de lungimea de undă folosită.

Un comutator care nu trebuie să fie doar pornit sau oprit

Tehnologia are o altă particularitate interesantă. În loc să se limiteze la comportamentul binar asociat în mod obișnuit cu un comutator electronic, materialul poate avea un răspuns ajustat gradual.

Cu alte cuvinte, nu este vorba doar despre trecerea de la zero la unu sau de la oprit la pornit. Proprietatea materialului poate fi modificată progresiv și apoi schimbată în sens invers prin folosirea luminii.

Acest comportament este posibil datorită interacțiunii dintre semiconductor și moleculele atașate de suprafața sa. Când structura moleculelor se modifică, se schimbă și felul în care semiconductorul conduce electricitatea și reacționează la lumină.

O astfel de caracteristică ar putea fi relevantă pentru electronica programabilă. În prezent, modificarea funcției unui dispozitiv necesită adesea schimbarea hardware-ului sau a circuitelor. Un material ale cărui proprietăți pot fi ajustate după fabricație ar putea permite, cel puțin în anumite aplicații, o abordare mai flexibilă.

Cercetătorii au ajuns deja la un material de un inch pătrat

Demonstrația nu a rămas la nivelul unei mostre microscopice. Echipa Princeton a produs o bucată uniformă de semiconductor cu dimensiunea de un inch pătrat, aproximativ 2,54 centimetri pe fiecare latură.

Folosind acest material, cercetătorii au construit rețele de comutatoare electronice programabile. Experimentul arată că efectul controlat de lumină poate fi integrat în structuri funcționale și nu apare doar în condiții de laborator pe zone foarte mici.

Următorul pas este conectarea acestor comutatoare într-un circuit propriu-zis. Circuitele reprezintă baza sistemelor electronice mai complexe, iar demonstrarea unui circuit funcțional ar apropia tehnologia de dispozitive practice.

Deocamdată, cercetătorii nu au demonstrat un cip complet sau un sistem electronic complex bazat pe noul material. Tehnologia se află încă într-o etapă timpurie, iar trecerea de la comutatoare programabile la circuite integrate de dimensiuni mai mari va necesita noi experimente.

Cum ar putea arăta electronica reconfigurabilă

Pe termen lung, echipa își imaginează dispozitive electronice ale căror funcții nu mai sunt stabilite definitiv în momentul fabricației. Același hardware ar putea fi modificat ulterior pentru a îndeplini alte funcții, fără să fie necesară proiectarea și fabricarea unui semiconductor complet nou.

„Viziunea noastră pe termen lung este să construim electronice a căror funcționalitate nu mai este fixată în timpul fabricației”, a explicat Xie. Ideea este ca proprietățile dispozitivelor să poată fi reconfigurate după ce acestea au fost produse.

Dacă metoda va putea fi extinsă la dimensiuni și complexități mai mari, lumina ar putea deveni o nouă modalitate de control al proprietăților semiconductorilor, fără modificarea fizică a materialului de bază.

Pentru moment, însă, rezultatul este o demonstrație de laborator, nu un înlocuitor pentru cipurile existente. Studiul „Large-area, photo-programmable 2D semiconductors with chromic molecular functionalization” a fost publicat în revista Science Advances, iar etapele următoare vor trebui să arate dacă această idee poate fi transformată în circuite și dispozitive electronice reale.

EXPERIENȚĂ Sony ULT TOWER 5 versus Sony ULT TOWER 7 – ce înseamnă o boxă de petrecere portabilă în 2026 și care este cea mai potrivită pentru amatorul de bass din tine