Три недавних исследования предлагают различные пути расширения понятия полупроводников за пределы традиционных структур: схемы из бактериальных колоний, способные выполнять логические операции; устройство на основе антиферромагнитных материалов, сохраняющее последние входные данные и забывающее более ранние; и высокоэнтропийный оксидный материал, сочетающий полупроводниковые свойства с очень низкой теплопроводностью. Эти результаты были опубликованы в отдельных исследованиях, а сайт Semiconductor Engineering рассмотрел их 25 августа 2026 года.
Бактерии выполняют логические операции
Исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) спроектировали бактерии Pantoea agglomerans, чтобы они работали как транзисторы в схемах для экологического мониторинга. Команда разработала два типа транзисторов: один включается молекулой OC-6, тогда как другой выключается в присутствии той же молекулы. В обоих случаях транзистор обнаруживает целевую молекулу OC-12, а затем производит выходную молекулу под названием OHC-14.
Исследователи использовали три бактериальных штамма для преобразования сигнала OHC-14 в выходной сигнал, который можно передать другому транзистору. Бактериальные колонии наносили на чашки с агаром, оставляя между колониями расстояние около 5 миллиметров, чтобы сигналы передавались ближайшей колонии, а затем следующей в одном направлении.
Эксперименты продемонстрировали выполнение многовходовых логических элементов «И», «ИЛИ» и «импликация», а также объединение транзисторов для построения схем сложения двух сигналов, обработки нескольких сигналов и демультиплексора. Крупнейшая схема содержала 24 бактериальные колонии. Однако каждая вычислительная операция занимает около восьми часов — время, которое исследователи сочли подходящим для биологических применений, но не для замены традиционных компьютеров. Команда надеется использовать эти схемы на листьях или корнях растений для обнаружения экологических стрессов и реагирования на них.
Забывание как вычислительная функция
В Южной Корее исследователи из Сеульского национального университета и Университета Сонгюнгван разработали полупроводниковое устройство на основе антиферромагнитного материала, способное сохранять последние входные данные и автоматически забывать более старую информацию. Двухконтактное устройство объединяет диоксид циркония и аморфный оксид индия, галлия и цинка (a-IGZO).
Оптимизация состава a-IGZO привела к заметным различиям тока даже при ограниченных изменениях состояния устройства и обеспечила отношение тока во включённом и выключенном состояниях около 890. Устройство также различало 16 различных комбинаций 4-битных входных данных, а его точность распознавания рукописных цифр достигла 90,4% при сокращении входных данных на 75%.
Что меняется на практике? Вместо того чтобы считать возвращение материала в исходное состояние после снятия напряжения недостатком, исследователи использовали это как механизм «забывания», служащий обработке данных временных рядов. По словам команды, устройство объединяет нелинейное преобразование, кратковременную память и естественную инициализацию в одном компоненте, однако исследователи всё ещё планируют уменьшить площадь устройства и проверить схемы на уровне матрицы, прежде чем масштабировать его до периферийной системы искусственного интеллекта для звуковых, биологических и экологических сигналов.
Смешивание множества элементов для создания нового материала
Исследователи Университета Карнеги — Меллона и Университета штата Пенсильвания превратили изолирующий оксид металла в полупроводник с помощью высокоэнтропийного смешивания. Материал A₆WO₄ основан на включении марганца, железа, кобальта, никеля, меди и цинка в каркас оксида вольфрама в единой кристаллической структуре, известной как вольфрамит.
Материал сочетает полупроводниковый транспорт с чрезвычайно низкой теплопроводностью — два свойства, которые, по словам исследователей, обычно трудно объединить в оксидах. Значение результата заключается в том, что химический беспорядок использовался не случайно, а как способ одновременно регулировать электронные и тепловые свойства. Команда считает, что это может открыть путь к материалам для термоэлектрических устройств, преобразующих отходящее тепло в электричество, хотя такое применение пока относится к исследовательским возможностям и требует дальнейшей разработки.