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चुंबकीय तर्क परिवर्तनशील चिप्स बनाता है

लुसी 2019-08-29 19:04:54
सॉफ्टवेयर एक कंप्यूटर को वर्ड प्रोसेसर से नंबर क्रंचर से वीडियो टेलीफोन में बदल सकता है। लेकिन अंतर्निहित हार्डवेयर अपरिवर्तित है. अब, एक प्रकार का ट्रांजिस्टर जिसे बिजली के बजाय चुंबकत्व के साथ स्विच किया जा सकता है, सर्किटरी को भी लचीला बना सकता है, जिससे स्मार्ट फोन से लेकर उपग्रहों तक अधिक कुशल और विश्वसनीय गैजेट बन सकते हैं।

ट्रांजिस्टर, सभी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के केंद्र में स्थित सरल स्विच, आम तौर पर 'चालू' और 'बंद' के बीच टॉगल करने के लिए एक छोटे वोल्टेज का उपयोग करते हैं। वोल्टेज दृष्टिकोण अत्यधिक विश्वसनीय और छोटा करने में आसान है, लेकिन इसके नुकसान भी हैं। सबसे पहले, वोल्टेज को चालू रखने के लिए बिजली की आवश्यकता होती है, जिससे माइक्रोचिप की ऊर्जा खपत बढ़ जाती है। दूसरा, ट्रांजिस्टर को चिप्स में हार्ड-वायर्ड किया जाना चाहिए और इसे पुन: कॉन्फ़िगर नहीं किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि कंप्यूटर को अपने सभी कार्यों के लिए समर्पित सर्किटरी की आवश्यकता होती है।

दक्षिण कोरिया के सियोल में कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (केआईएसटी) पर आधारित एक शोध समूह ने एक सर्किट विकसित किया है जो इन समस्याओं से निजात दिला सकता है। 30 जनवरी को नेचर की वेबसाइट पर प्रकाशित एक पेपर में वर्णित उपकरण, अर्धचालक सामग्री इंडियम एंटीमोनाइड (एस जू एट अल। नेचर http://dx.doi.org/10.1038/nature11817; 2013) के एक छोटे से पुल पर इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए चुंबकत्व का उपयोग करता है। स्विट्जरलैंड में आईबीएम की ज्यूरिख रिसर्च लेबोरेटरी के भौतिक विज्ञानी जियान सैलिस कहते हैं, "यह लॉजिक गेट को लागू करने के तरीके पर एक नया और दिलचस्प मोड़ है"।

पुल में दो परतें हैं: एक निचला डेक जिसमें धनात्मक रूप से चार्ज किए गए छिद्रों की अधिकता है और एक ऊपरी डेक मुख्य रूप से नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए इलेक्ट्रॉनों से भरा है। इंडियम एंटीमोनाइड के असामान्य इलेक्ट्रॉनिक गुणों के लिए धन्यवाद, शोधकर्ता लंबवत चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके पुल पर इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित कर सकते हैं। जब वे क्षेत्र को एक दिशा में सेट करते हैं, तो इलेक्ट्रॉन सकारात्मक निचले डेक से दूर चले जाते हैं और स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होते हैं। जब चुंबकीय क्षेत्र फ़्लिप किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन निचले डेक में दुर्घटनाग्रस्त हो जाते हैं और छिद्रों के साथ पुनः संयोजित हो जाते हैं - प्रभावी रूप से स्विच बंद हो जाता है ('चुंबकीय लॉक' देखें)।


केआईएसटी के भौतिक विज्ञानी, अध्ययन के सह-लेखक जिन डोंग सॉन्ग का कहना है कि वोल्टेज के बिना स्विच को चालू या बंद रखने के लिए चुंबकीय लॉजिक गेट की क्षमता "ऊर्जा की खपत में काफी कमी ला सकती है"। इससे भी अधिक प्रभावशाली बात यह है कि चुंबकीय स्विच को "सॉफ़्टवेयर की तरह नियंत्रित किया जा सकता है", वह कहते हैं, बस सर्किट को सक्षम या अक्षम करने के लिए फ़ील्ड को फ़्लिप करके। इस प्रकार, उदाहरण के लिए, एक मोबाइल फोन वीडियो को संसाधित करने के लिए अपने माइक्रोसर्किटरी के एक हिस्से को पुन: प्रोग्राम कर सकता है, जबकि उसका उपयोगकर्ता यूट्यूब पर एक क्लिप देख रहा है, फिर फोन कॉल लेने के लिए चिप को सिग्नल प्रोसेसिंग में वापस स्विच कर सकता है। इससे फोन के अंदर आवश्यक सर्किटरी की मात्रा काफी कम हो सकती है।

पेपर के सह-लेखक, वाशिंगटन डीसी में नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला के मार्क जॉनसन कहते हैं, इस तरह के पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य तर्क उपग्रहों में अमूल्य हो सकते हैं। यदि किसी चिप का कोई भाग कक्षा में विफल हो जाता है, तो दूसरे सेक्टर को कार्यभार संभालने के लिए पुनः प्रोग्राम किया जा सकता है। "आपने सर्किट को ठीक कर दिया है और आपने इसे पृथ्वी से किया है," वह कहते हैं।

हालाँकि, वास्तव में पकड़ने के लिए, चुंबकीय तर्क को मौजूदा सिलिकॉन-आधारित प्रौद्योगिकियों के साथ एकीकृत करना होगा। यह आसान नहीं हो सकता. एक बात के लिए, जापान में तोहोकू विश्वविद्यालय में नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स के साथ काम करने वाले शोधकर्ता जुनिची मुरोता के अनुसार, सर्किट के लिए महत्वपूर्ण सेमीकंडक्टर, इंडियम एंटीमोनाइड, आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली विनिर्माण प्रक्रियाओं के लिए उपयुक्त नहीं है। लेकिन जॉनसन का कहना है कि अंततः सिलिकॉन के साथ इसी तरह के पुल बनाना संभव हो सकता है।

उपकरणों को नियंत्रित करने के लिए आवश्यक लघु चुम्बकों को एक सामान्य चिप में एकीकृत करना भी आसान नहीं होगा। सैलिस कहते हैं, कंपनियों को इन चुनौतियों को हल करने में सक्षम होना चाहिए, लेकिन केवल तभी जब वे तय करें कि उपकरण सार्थक हैं। फिलहाल, वह कहते हैं, यह स्पष्ट नहीं है कि क्या डिवाइस व्यावहारिक चिप के लिए आवश्यक आकार में अच्छा प्रदर्शन करेंगे - प्रोटोटाइप के माइक्रोमीटर आयामों से बहुत छोटे।

लेकिन जॉनसन का कहना है कि सर्किट डिज़ाइन में चुंबकत्व पहले से ही पकड़ बना रहा है: कुछ उन्नत डिवाइस रैंडम एक्सेस मेमोरी के चुंबकीय संस्करण का उपयोग करना शुरू कर रहे हैं, एक प्रकार की मेमोरी जो ऐतिहासिक रूप से केवल पारंपरिक ट्रांजिस्टर के साथ बनाई गई है। "मुझे लगता है कि एक बदलाव पहले से ही चल रहा है," वे कहते हैं।