世界初の木製トランジスタが1Hzで動作

シリコントランジスタとプロセッサというアイデアは… 2022年。スウェーデンの研究者たちが、初の木製トランジスタを設計・試験しました。ノルシェーピングのリンショーピング大学とストックホルムの王立工科大学の研究チームは、「木材電気化学トランジスタにおける電流変調」と題した論文を発表しました。この論文では、彼らが最近開発した木材電気化学トランジスタ（WECT）の原理、機能、そして可能性について論じています。 

このWECTは、より持続可能で生分解性のある木材ベースのエレクトロニクスへの道を開く可能性があります。さらに、木材エレクトロニクスは生きた植物の電子制御を可能にする可能性があります。

ナノメートルではなくセンチメートル

定期的に読んでくださっている読者の皆様は、シリコントランジスタ技術の最新技術についてよくご存知でしょう。インテル、サムスン、TSMCといった企業が、ナノメートル単位のトランジスタを数ギガヘルツの速度で動作させる最先端プロセスの開発にしのぎを削っている様子は、ほぼ毎日ニュースで報じられています。しかし、覚悟してください。スウェーデンの研究者たちが設計・試験したWECT（Wect素子）は、直径3cmで、スイッチング周波数は1ヘルツ未満でした。

すべての電子機器が最高速と最小のトランジスタを必要としているわけではありません。確かに、前述のWECTはかなり大きく、急ぐ必要はありません。「私たちは前例のない原理を考案しました」と、リンショーピング大学有機エレクトロニクス研究所の上級准教授であるイサク・エングイスト氏は大学のプレスリリースで述べています。「確かに、この木製トランジスタは遅くてかさばりますが、実際に動作し、大きな発展の可能性を秘めています。」

木がトランジスタに変わる仕組み

木材がどのようにトランジスタを作るのかを理解するために、まずは電子機器で広く使われている従来のトランジスタを見てみましょう。電界効果トランジスタは現代の電子機器の重要な構成要素であり、シリコンやゲルマニウムなどの半導体から作られるのが最も一般的です。 

これらの素子の固有の性質により、トランジスタは端子に電圧または電流を印加すると増幅器またはスイッチとして機能します。最初のFETが20世紀半ばに製造されて以来、FETの小型化と極めて高い周波数での動作を可能にするための研究開発が継続的に行われてきました。

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WECTを作製するために、研究者たちは導電性木材（CW）を必要としました。これは、化学溶媒処理によって木材からリグニンを除去することで作製されます。その後、リグニンが存在していたチャネルを、電子イオン伝導性ポリマーの混合材料で置き換えます。本プロジェクトでは、木材としてバルサ（望ましい内部チャネル構造のため）と導電性ポリマーPEDOT:PSSを選択しました。WECTの構築には、3枚のCWを使用しました。1枚は中央のトランジスタチャネルとして、もう1枚は上部ゲートと下部ゲートとしてそれぞれ使用しました。

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WECTトランジスタは、 Tom's Hardwareで普段議論するようなスペックを備えていないにもかかわらず、注目に値するものです。研究者たちは、このトランジスタはそれ自体が目的ではなく、木材トランジスタの可能性を示す証拠を提供したと述べ、今後の研究や応用に刺激を与えることを期待しています。