磁逻辑产生可变芯片
露西
2019-08-29 19:04:54
软件可以将计算机从文字处理器转换为数字计算器到视频电话。但底层硬件没有变化。现在，一种可以用磁力而不是电力进行切换的晶体管也可以使电路具有可塑性，从而使智能手机和卫星之间的设备更加高效可靠。
晶体管，即所有现代电子产品核心的简单开关，通常使用微小的电压在“开”和“关”之间切换。电压方法非常可靠且易于小型化，但也有其缺点。首先，保持电压需要电力，这会增加微芯片的能量消耗。其次，晶体管必须硬连线到芯片中，不能重新配置，这意味着计算机需要专用电路来完成所有功能。
位于韩国首尔的韩国科学技术研究所（KIST）的一个研究小组开发了一种可以解决这些问题的电路。 1月30日在Nature网站上发表的一篇论文中描述的这种装置利用磁力来控制电子在半导体材料铟锑的微小桥上的流动（S. Joo等人，自然http://dx.doi.org /10.1038/nature11817; 2013）。瑞士IBM苏黎世研究实验室的物理学家吉安萨利斯说，这是“如何实现逻辑门的一个新的有趣的转折”。
该桥有两层：下层甲板带有多余的带正电孔，上层甲板主要带有带负电的电子。由于锑化铟具有不寻常的电子特性，研究人员可以使用垂直磁场控制电子在桥上的流动。当他们将磁场设置在一个方向时，电子被转向远离正底板并自由流动。当磁场翻转时，电子会撞到下层并与孔重新组合 - 有效地关闭开关（参见“磁力锁定”）。
晶体管，即所有现代电子产品核心的简单开关，通常使用微小的电压在“开”和“关”之间切换。电压方法非常可靠且易于小型化，但也有其缺点。首先，保持电压需要电力，这会增加微芯片的能量消耗。其次，晶体管必须硬连线到芯片中，不能重新配置，这意味着计算机需要专用电路来完成所有功能。
位于韩国首尔的韩国科学技术研究所（KIST）的一个研究小组开发了一种可以解决这些问题的电路。 1月30日在Nature网站上发表的一篇论文中描述的这种装置利用磁力来控制电子在半导体材料铟锑的微小桥上的流动（S. Joo等人，自然http://dx.doi.org /10.1038/nature11817; 2013）。瑞士IBM苏黎世研究实验室的物理学家吉安萨利斯说，这是“如何实现逻辑门的一个新的有趣的转折”。
该桥有两层：下层甲板带有多余的带正电孔，上层甲板主要带有带负电的电子。由于锑化铟具有不寻常的电子特性，研究人员可以使用垂直磁场控制电子在桥上的流动。当他们将磁场设置在一个方向时，电子被转向远离正底板并自由流动。当磁场翻转时，电子会撞到下层并与孔重新组合 - 有效地关闭开关（参见“磁力锁定”）。
研究的共同作者，KIST的物理学家Jin Dong Song说，磁逻辑门在没有电压的情况下保持开关的能力“可以大大降低能耗”。更令人印象深刻的是，磁性开关“可以像软件一样处理”，他说，只需翻转磁场即可启用或禁用电路。因此，例如，移动电话可以重新编程其微电路的一部分以处理视频，同时其用户在YouTube上观看剪辑，然后将芯片切换回信号处理以接听电话。这可以大大减少手机内部所需的电路量。
这种可重新配置的逻辑在卫星中可能是非常宝贵的，华盛顿特区海军研究实验室的马克约翰逊补充说，该论文的共同作者。如果芯片的一部分在轨道上失效，则可以简单地重新编程另一个扇区来接管。 “你已经治愈了这条赛道，你已经从地球上完成了，”他说。
然而，要真正流行起来，磁逻辑必须与现有的基于硅的技术集成。这可能并不容易。日本东北大学纳米电子学研究员Junichi Murota表示，一方面，对电路至关重要的半导体锑化铟不适合用于制造现代电子产品的制造工艺。但约翰逊表示最终可能与硅建立类似的桥梁。
将控制器件所需的微型磁铁集成到普通芯片中也不容易。萨利斯说，公司应该能够解决这些挑战，但前提是他们认为这些设备是值得的。目前，他补充道，尚不清楚这些器件是否能够以实际芯片所需的尺寸表现良好 - 远小于原型的微米尺寸。
但约翰逊指出，磁性已经在电路设计中流行起来：一些先进的设备开始使用磁性版本的随机存取存储器，这种存储器历史上只用传统的晶体管构建。 “我认为已经出现了转变，”他说。
