随着电子元件的日益小型化，研究人员正与不良副作用作斗争：以硅等传统材料制成的纳米级晶体管为例，量子效应会削弱其功能。例如，其中一种量子效应是额外的漏电流，即电流“杂散”而不是通过源极和漏极触点之间的导体流动。因此，人们相信摩尔定律，即单位面积集成电路的数量每12-18个月翻一番，将在不久的将来达到极限，因为有源元件的小型化带来的挑战越来越大。这最终意味着，由于量子效应，目前制造的名为finfet并装备几乎每台超级计算机的硅基晶体管不能再被任意缩小。
然而，苏黎世ETH和EPF洛桑研究人员的一项新研究表明，用新的二维（2-D）材料可以克服这个问题，或者至少他们在“Piz Daint”超级计算机上进行的模拟表明了这一点。
由苏黎世ETH集成系统研究所（IIS）的Mathieu Luisier和来自EPF洛桑的Nicola Marzari领导的研究小组使用Marzari和他的团队已经取得的研究成果作为他们新模拟的基础：早在2018年，14年前，石墨烯的发现首次明确表明可以生产二维材料，他们在“Piz Daint”上使用复杂的模拟，筛选出10多万种材料；他们提取出1825种有希望的成分，从中可以获得二维材料层。
研究人员从这1800多种材料中选出100种候选材料，每种材料都由一层原子组成，可能适合建造超尺度场效应晶体管（FET）。他们现在已经在“从头算”显微镜下研究了它们的性质。换句话说，他们使用CSCS超级计算机“Piz Daint”首先用密度泛函理论（DFT）确定了这些材料的原子结构。然后，他们将这些计算与所谓的量子传输求解器结合起来，模拟电子和空穴电流流过虚拟生成的晶体管。所使用的量子传输模拟器由Luisier与另一个ETH研究团队共同开发，其基础方法在2019年获得戈登·贝尔奖。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.0c02983
