矽晶體管的表現已然非常出色，但就像物理世界中的其他物體一樣，它們也受到一些限制。 物理定律對性能和能效造成了瓶頸。 現在，麻省理工學院的一組工程師可能已經找到了一種方法，利用一種激進的新型晶體管設計，以狂野的量子方式突破這些限制。

他們要解決的問題就是所謂的”玻爾茲曼暴政”。 它指的是室溫下開關矽電晶體所需的電壓的基本極限，如果將電壓調得太低，電晶體就會失去開關能力。 這一電壓下限阻礙了電子產品能源效率的大幅提升，隨著耗電的人工智慧應用接管更多的處理任務，這可能會成為一個問題。

麻省理工學院的研究團隊用銻化鎵和砷化銦等獨特的半導體材料，而不是傳統的矽，製造出了實驗電晶體。 這項研究部分由英特爾公司資助，最近發表在《自然-電子學》。

然而，真正的神奇之處在於其獨特的微小三維設計，該設計是在麻省理工學院奈米研究專用設施MIT.nano 使用精密工具設計而成的。 這種電晶體採用垂直奈米線異質結構，直徑僅6 奈米，研究人員認為這是迄今所報導的最小的3D 電晶體。

在這一尺度上，一些量子效應開始發揮作用，使電晶體能夠繞過矽的物理限制。 科學家設計的電晶體可以實現量子穿隧效應，電子基本上可以穿過絕緣阻擋層，而不是越過它，這樣電晶體就可以在更低的電壓下啟動。 另一種效應是量子約束，即奈米線狹窄的尺寸會改變材料的特性。

結合這些效應，麻省理工學院的設備實現了矽所無法達到的效果：使用極小的電壓就能達到極快的開關時間。 測試表明，它們的開關電壓斜率比傳統矽材料的極限斜率還要陡峭。 事實上，其電流性能比其他實驗性隧道電晶體高出約20 倍。

“這是一種有可能取代矽的技術，因此你可以用它來實現矽目前具有的所有功能，但能效要高得多，”該項目的第一作者、博士後邵彥傑（Yanjie Shao）說。

當然，從概念驗證到商業化還有很長的路要走，團隊也承認這一點。

” 傳統物理學只能做到這一步。嚴傑的工作表明，我們可以做得更好，但我們必須使用不同的物理學。” 該論文的資深作者、麻省理工學院電子工程與計算機科學系的Jesús del Alamo 說：”要使這種方法在未來實現商業化，還有許多挑戰需要克服，但從概念上講，這確實是一個突破。”

團隊還指出，他們需要改進製造工藝，使奈米級電晶體在整個晶片上更加均勻。

這並不是麻省理工學院第一次致力於突破摩爾定律的限制。 今年早些時候，麻省理工學院的科學家展示了一種能在納秒內開關的晶體管，其耐用性高達十億週期。