通常情况下，电脑芯片由电子元件组成，总是做同样的事情。然而未来更多灵活性的芯片将成为可能。新类型的自适应晶体管可以在运行期间动态切换以执行不同的逻辑任务。这从根本上改变了芯片设计的可能性，并在人工智能、神经网络，甚至是在0和1以外的更多数值下工作的逻辑领域开辟了全新的机会。


为了实现这一目标，维也纳大学（TU Wien）的科学家们没有依靠通常的硅技术，而是依靠锗。这取得了成功。世界上最灵活的晶体管现在已经用锗生产出来了。相关研究成果已被刊登在ACS Nano杂志上。锗的特殊性能和专用程序门电极使用使我们有可能创造出一个新元件的原型，可能会开创芯片技术的新时代。




晶体管是每个现代电子设备的基础：它是一个微小的元件，要么允许电流流动，要么阻止电流流动，取决于是否向控制电极施加电压。这使得建立简单的逻辑电路成为可能，但也有可能建立记忆存储。电荷如何在晶体管中传输取决于所使用的材料。要么有携带负电荷的自由移动的电子，要么个别原子中可能缺少一个电子，所以这个地方带正电。这就被称为"空穴"，它们也可以在材料中移动。




在维也纳大学的新型晶体管中，电子和空穴都以一种非常特殊的方式被同时操纵。研究人员用一根极细的锗线，通过极其干净的高质量接口连接两个电极。在锗段上方放置了一个像传统晶体管中的门电极。这种晶体管还有一个控制电极，它被放置在锗和金属的界面上。它可以动态地对晶体管的功能进行编程。


这种设备结构使其有可能分别控制电子和空穴，这是因为锗有一个非常特殊的电子结构：当你施加电压时，电流最初会增加，正如你所期望的那样。然而，在某个阈值之后，电流再次减少，这被称为负差分电阻。在控制电极的帮助下，研究人员可以调节这个阈值在哪个电压上。这导致了新的自由度，可以用它来赋予晶体管目前所需要的特性。


例如，通过这种方式，一个NAND门可以被切换成NOR门。在未来，这种智能可以转移到新的晶体管本身的适应性上，以前需要160个晶体管的算术运算，由于这种适应性的提高，用24个晶体管就可以实现。通过这种方式，电路的速度和能源效率也可以大幅提高。