Выключатель щёлкает — свет загорается. Но бывает выключатель, который при одном и том же нажатии может и включить лампу, и оставить комнату тёмной. Он ещё и помнит, что делал в прошлый раз, а иногда словно подбрасывает монетку, решая, зажечь ли свет.

Такое поведение нашли в кристалле чёрного фосфора — полупроводнике толщиной в несколько атомных слоёв. С двух сторон на него действуют электрическими полями, и они не просто добавляют носители заряда, а перекраивают энергетический ландшафт внутри кристалла. Из-за гигантского эффекта Штарка (смещения энергетических уровней в электрическом поле) запрещённая зона сужается, и в одном канале возникают сразу два туннельных перехода — своего рода «проколы», через которые электроны просачиваются сквозь барьер. В зависимости от предыстории напряжений на затворах ток идёт либо спокойным диффузионным потоком, либо срывается в лавинный пробой (как у молнии, только в миниатюре).

Самое неожиданное — переключение между состояниями может быть случайным. Но эта случайность не хаотична: в узком коридоре напряжений она статистически устойчива. Получается программируемый источник случайных чисел прямо в «теле» транзистора. Авторы подчёркивают, что такой же фокус должен работать и в других двумерных полупроводниках. А значит, один крошечный элемент сможет совмещать нелинейное усиление, память и генерацию случайности — три кита, на которых стоят новые вычислительные архитектуры.