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磁気ロジックは可変チップになります

ルーシー 2019-08-29 19:04:54
ソフトウェアは、コンピューターをワードプロセッサから数値計算機、テレビ電話に変換できます。しかし、基礎となるハードウェアは変更されていません。現在、電気の代わりに磁気で切り替えることができるトランジスタのタイプにより、回路も柔軟になり、スマートフォンから衛星まで、より効率的で信頼性の高いガジェットにつながります。

トランジスタは、すべての現代の電子機器の中心にあるシンプルなスイッチであり、一般に小さな電圧を使用して「オン」と「オフ」を切り替えます。電圧アプローチは非常に信頼性が高く、小型化が容易ですが、欠点があります。まず、電圧をオンに保つには電力が必要であり、これによりマイクロチップのエネルギー消費が増加します。第二に、トランジスタはチップに配線で接続する必要があり、再構成できないため、コンピューターはすべての機能に専用の回路を必要とします。

韓国ソウルの韓国科学技術院(KIST)に拠点を置く研究グループは、これらの問題を回避する回路を開発しました。 1月30日にNatureのウェブサイトで公開された論文で説明されているデバイスは、磁気を使用して、半導体材料であるアンチモン化インジウムの極小ブリッジを通る電子の流れを制御します(S. Joo et al。Nature http://dx.doi.org /10.1038/nature11817; 2013)。スイスのIBMチューリッヒ研究所の物理学者であるGian Salis氏は、「論理ゲートの実装方法に関する新たな興味深いひねり」です。

ブリッジには、2つの層があります。過剰に正に帯電したホールを備えた下部デッキと、主に負に帯電した電子で満たされた上部デッキです。アンチモン化インジウムの異常な電子特性のおかげで、研究者は垂直磁場を使用してブリッジを横切る電子の流れを制御できます。それらが一方向に電界を設定すると、電子はポジティブボトムデッキから離れて自由に流れます。磁場が反転すると、電子が下部デッキに衝突して穴と再結合し、スイッチを効果的にオフにします(「磁気ロック」を参照)。


KISTの物理学者である共同研究者のJin Dong Song氏は、電圧なしでスイッチをオンまたはオフに保持する磁気論理ゲートの能力は「エネルギー消費の大幅な削減につながる可能性がある」と述べています。さらに印象的なことに、磁気スイッチは「ソフトウェアのように扱うことができる」と彼は言う。単にフィールドをひっくり返して回路を有効または無効にするだけだ。したがって、携帯電話は、たとえば、ユーザーがYouTubeでクリップを見ている間にビデオを処理するようにマイクロ回路の一部を再プログラムし、チップを信号処理に切り替えて電話をかけることができます。これにより、電話機内部に必要な回路のボリュームを大幅に削減できます。

このような再構成可能なロジックは、衛星では非常に貴重である可能性があります、とワシントンDCの海軍研究所のMark Johnsonが追加しました。チップの一部が軌道上で故障した場合、別のセクターを単純に再プログラムして引き継ぐことができます。 「あなたはサーキットを癒し、地球からそれをやった」と彼は言う。

しかし、実際に理解するには、磁気ロジックを既存のシリコンベースのテクノロジーと統合する必要があります。それは簡単ではないかもしれません。日本の東北大学でナノエレクトロニクスを研究している室田純一氏によると、回路に不可欠な半導体であるアンチモン化インジウムは、現代のエレクトロニクスを製造するための製造プロセスにはあまり適していません。しかし、ジョンソンは、シリコンで同様のブリッジを構築することが最終的に可能になるかもしれないと言います。

デバイスを制御するために必要な小型磁石を通常のチップに統合することも簡単ではありません。企業はこれらの課題を解決できるはずですが、デバイスが価値があると判断した場合にのみ、Salisは言います。現時点では、デバイスが実用的なチップに必要なサイズでうまく機能するかどうかは明らかではありません。これは、プロトタイプのマイクロメートル寸法よりもはるかに小さいものです。

しかしジョンソン氏は、磁気が回路設計ですでに流行していることに注目しています。一部の高度なデバイスは、従来のトランジスタのみで構築されてきたタイプのメモリであるランダムアクセスメモリの磁気バージョンを使用し始めています。 「シフトはすでに進行中であると思います」と彼は言います。