随着电子元件的日益小型化，研究人员正在为不利的副作用而努力：在常规材料(如硅)制成的纳米级晶体管的情况下，将会发生量子效应。由于电子元件的小型化日益增加，研究人员正在为不利的副作用而斗争：在常规材料(如硅)制成的纳米级晶体管的情况下，会发生量子效应，从而削弱其功能。例如，这些量子效应之一是额外的漏电流，即“杂散”而不是流经源极和漏极接触之间提供的导体的电流。因此，人们认为摩尔标度定律表明，每12-18个月，单位面积的集成电路数量就会翻一番。然而，由于有源元件小型化带来的挑战越来越大，摩尔标度定律将在不久的将来达到极限。
二维的希望灯塔
然而，苏黎世联邦理工学院和洛桑联邦理工学院洛桑分院的研究人员进行的一项新研究表明，新的二维(2-D)材料可以用来解决这个问题，或者至少这是他们对“Piz Daint”作为模拟超级计算机的提议。
该研究团队由苏黎世联邦理工学院集成系统研究所(IIS)的Mathieu Luisier和洛桑联邦理工学院的Nicola Marzari领导，并使用Marzari及其团队已经获得的研究成果作为他们新模拟的基础：早在2018年，在石墨烯发现后的14年中首次明确指出可以制造二维材料。他们在“Piz Daint”上进行复杂的模拟，筛选出10万多个素材；他们提取了1825种有希望的成分，从中可以获得二维材料层。
研究人员从1800多种材料中选择了100种候选材料，每种材料都由原子单层组成，可能适合构建超大规模场效应晶体管(fet)。现在他们已经在“从零开始”的显微镜下研究了它的性能。换句话说，他们使用CSCS超级计算机“Piz Daint”利用密度泛函理论(DFT)首次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输运求解器结合起来，模拟流经虚拟生成的晶体管的电子和空穴电流。使用的量子传输模拟器由Luisier和另一个ETH研究团队共同开发，其基本方法获得了2019年的戈登贝尔奖。
找到最佳二维候选。
晶体管生存能力的决定性因素是电流是否能被一个或多个栅极触点最佳地控制。由于二维材料的超薄性质(通常薄于纳米)，单个栅极接触可以调节电子电流和空穴电流，从而完全开启和关闭晶体管。
二维材料沟道单栅场效应晶体管的结构。它被安排在已经被研究的2D材料的选择周围。(马蒂厄路易西耶/埃特苏里奇)
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