晶体管的新材料设计可以缩小下一代技术的尺寸

莫特绝缘体（绿色）和底层材料（蓝色）的原子级渲染，这被证明是改进和稳定潜在较小晶体管性能的关键

通过更好地驯服半导体替代品的Jekyll-and-Hyde性质 - 从耐电绝缘体过渡到导流金属 - 内布拉斯加州的Xia Hong及其同事可能已经开辟了一条通往更小，更高效的数字设备的新途径。该团队在《自然通讯》杂志上报告了其研究结果。

这种半导体在“适居带”(Goldilocks)的导电性——比金属差，比绝缘体好——使其成为工程师们建造晶体管(编码二进制的1和0的微型开关)的最 佳选择。在被称为栅极绝缘体的控制旋钮上施加一些电压，半导体通道就允许电流流动(1);移走它，流停止(0)。

数以百万计的这种纳米级、基于半导体的晶体管现在覆盖在现代微芯片上，通过开关来共同处理或存储数据。但是，尽管晶体管已经很小了，消费者的需求和竞争继续推动电气工程师进一步缩小它们，要么是为了压缩更多的功能，要么是为了缩小容纳它们的设备。

不幸的是，这些工程师现在遇到了半导体尺寸的实际甚至根本限制。

反过来，研究人员已经开始不仅关注业界最喜爱的硅，而且关注整个半导体。二十多年前，一些人开始使用一类叫做莫特绝缘体的材料。如果说半导体是推动了数十年时钟不变的进步的媒介，那么莫特绝缘体更像是一个双面的不确定因素，其矛盾心理既是其吸引力的来源，也是其挫败感的来源。

一个长期存在的导电性理论认为，具有莫特绝缘体电子特性的材料通常应该被归类为金属。然而，与金属或半导体中的电子不同，莫特绝缘体中的电子不像独立粒子那样运动。

相反，它们相互作用的方式将它们限制在局部位置，使它们无法在材料中自由移动。然而，某些条件——更高的温度、引入更多的电子——可以压倒这些力，最终释放电子，并从本质上将莫特绝缘体转变为导电金属。

内布拉斯加大学林肯分校的物理学教授Hong说:“所以你(传统上)要么有流动电子，要么有定域电子。”“这是非常明确的定义。”

“但在莫特绝缘体的情况下，电子相互作用是不能忽视的。由于这种相关性，很难将其定义为简单的金属或绝缘体。如果你能调整相互作用的强度，它可以是金属，也可以是绝缘体。”

通过在莫特绝缘体上覆盖一个由所谓铁电材料制成的栅极绝缘体，然后利用电压翻转后者的极化，或正负电荷的排列，研究人员意识到他们可以引导莫特从绝缘体到金属的转变，然后再回来。通过这种方式，配对的行为和最有希望的功能仅次于半导体。