Först kom växeln. Sedan transistorn. Nu står en annan innovation för att revolutionera hur vi styr flödet av elektroner genom en krets:vanadiumdioxid (VO2). En viktig egenskap hos denna förening är att den fungerar som en isolator vid rumstemperatur men som en ledare vid temperaturer över 68 ° C. Detta beteende - även känt som metallisolatorövergång - studeras i ett ambitiöst EU Horizon 2020 -projekt som heter Phase -Change Switch. EPFL valdes att samordna projektet efter en utmanande urvalsprocess.

Projektet kommer att pågå fram till 2020. På grund av den mängd högpotentialapplikationer som kan komma ur denna nya teknik, projektet har lockat två stora företag - Thales of France och den schweiziska grenen av IBM Research - liksom andra universitet, inklusive Max-Planck-Gesellschaft i Tyskland och Cambridge University i Storbritannien. Gesellschaft für Angewandte Mikro- und Optoelektronik (AMO GmbH), en avknoppning av Aachen University i Tyskland, deltar också i forskningen.

Forskare har länge känt till VO2:s elektroniska egenskaper men har inte kunnat förklara dem förrän de vet. Det visar sig att dess atomstruktur förändras när temperaturen stiger, övergång från en kristallin struktur vid rumstemperatur till en metallisk vid temperaturer över 68 ° C. Och denna övergång sker på mindre än en nanosekund - en verklig fördel för elektronikapplikationer. "VO2 är också känsligt för andra faktorer som kan få det att ändra faser, till exempel genom att injicera elektrisk kraft, optiskt, eller genom att applicera en THz strålningspuls, säger Adrian Ionescu, EPFL-professorn som leder skolans Nanoelectronic Devices Laboratory (Nanolab) och fungerar också som projektkoordinator för fasbyte.

Utmaningen:att nå högre temperaturer

Dock, Det har alltid varit svårt att låsa upp den fulla potentialen för VO2 eftersom dess övergångstemperatur på 68 ° C är för låg för moderna elektroniska enheter, där kretsar måste kunna köra felfritt vid 100 ° C. Men två EPFL -forskare - Ionescu från Engineering School (STI) och Andreas Schüler från Architecture School, Civil- och miljöteknik (ENAC) - kan ha hittat en lösning på detta problem, enligt deras gemensamma forskning publicerad i Tillämpad fysikbokstäver i juli 2017. De fann att tillsats av germanium till VO2 -film kan lyfta materialets fasförändringstemperatur till över 100 ° C.

Ännu mer intressanta fynd från Nanolab - särskilt för radiofrekvensapplikationer - publicerades i IEEE -åtkomst den 2 februari 2018. För första gången någonsin, forskare kunde göra ultrakompakt, modulerbara frekvensfilter. Deras teknik använder också VO2 och fasbytare, och är särskilt effektivt inom det frekvensområde som är avgörande för rymdkommunikationssystem (Ka -bandet, med programmerbar frekvensmodulering mellan 28,2 och 35 GHz).

Neuromorfa processorer och autonoma fordon

Dessa lovande upptäckter kommer sannolikt att främja ytterligare forskning om applikationer för VO2 i elektroniska enheter med extremt låg effekt. Förutom rymdkommunikation, andra områden kan innefatta neuromorf beräkning och högfrekventa radar för självkörande bilar.