Mantiki ya sumaku hutengeneza chips zinazoweza kubadilika
Transistors, swichi rahisi katika kitovu cha vifaa vyote vya kisasa vya kielektroniki, kwa ujumla hutumia volteji ndogo kugeuza kati ya 'kuwasha' na 'kuzima'. Njia ya voltage ni ya kuaminika sana na rahisi kwa miniaturize, lakini ina hasara zake. Kwanza, kuweka voltage kunahitaji nguvu, ambayo inaendesha matumizi ya nishati ya microchip. Pili, transistors lazima ziwe na waya ngumu kwenye chip na haziwezi kusanidiwa upya, ambayo inamaanisha kuwa kompyuta zinahitaji mzunguko maalum kwa kazi zao zote.
Kikundi cha utafiti kilicho katika Taasisi ya Sayansi na Teknolojia ya Korea (KIST) huko Seoul, Korea Kusini, kimeunda sakiti ambayo inaweza kusuluhisha shida hizi. Kifaa, kilichoelezewa katika karatasi iliyochapishwa kwenye tovuti ya Nature tarehe 30 Januari, kinatumia sumaku kudhibiti mtiririko wa elektroni kwenye daraja ndogo ya nyenzo ya kusambaza semiconducting indium antimonide (S. Joo et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature11817; 2013). Ni "njia mpya na ya kuvutia kuhusu jinsi ya kutekeleza lango la mantiki", anasema Gian Salis, mwanafizikia katika Maabara ya Utafiti ya Zurich ya IBM nchini Uswizi.
Daraja lina tabaka mbili: sitaha ya chini iliyo na ziada ya mashimo yenye chaji na sitaha ya juu iliyojaa elektroni zenye chaji hasi. Shukrani kwa sifa zisizo za kawaida za elektroniki za antimonidi ya indium, watafiti wanaweza kudhibiti mtiririko wa elektroni kwenye daraja kwa kutumia uwanja wa sumaku wa perpendicular. Wanapoweka uwanja katika mwelekeo mmoja, elektroni huelekezwa mbali na sitaha chanya ya chini na kutiririka kwa uhuru. Uga wa sumaku unapopinduliwa, elektroni huanguka kwenye sitaha ya chini na kuungana tena na mashimo - na kuzima swichi kwa ufanisi (ona 'Kufuli kwa sumaku').
![]()
Uwezo wa lango la mantiki ya sumaku kushikilia au kuzima swichi bila volti "unaweza kusababisha upunguzaji mkubwa wa matumizi ya nishati", anasema mwandishi mwenza wa utafiti Jin Dong Song, mwanafizikia katika KIST. Cha kushangaza zaidi, swichi za sumaku "zinaweza kushughulikiwa kama programu", anasema, kwa kugeuza tu uwanja kuwezesha au kuzima mzunguko. Kwa hivyo simu ya rununu inaweza, kwa mfano, kupanga upya sehemu ndogo ya mzunguko wake ili kuchakata video huku mtumiaji wake akitazama klipu kwenye YouTube, kisha kubadili chipu hadi kwenye usindikaji wa mawimbi ili kupokea simu. Hii inaweza kupunguza kwa kiasi kikubwa kiasi cha saketi inayohitajika ndani ya simu.
Mantiki kama hiyo inayoweza kusanidiwa upya inaweza kuwa ya thamani sana katika satelaiti, anaongeza Mark Johnson wa Maabara ya Utafiti wa Wanamaji huko Washington DC, mwandishi mwenza wa karatasi. Ikiwa sehemu ya chipu itashindwa katika obiti, sekta nyingine inaweza kupangwa upya kuchukua nafasi. "Umeponya mzunguko na umeifanya kutoka Duniani," anasema.
Ili kuendelea, hata hivyo, mantiki ya sumaku italazimika kuunganishwa na teknolojia zilizopo za msingi wa silicon. Hiyo inaweza isiwe rahisi. Kwa jambo moja, antimonide ya indium, semiconductor muhimu kwa saketi, haijitoshelezi vizuri kwa michakato ya utengenezaji inayotumiwa kutengeneza vifaa vya kisasa vya elektroniki, kulingana na Junichi Murota, mtafiti anayefanya kazi na nanoelectronics katika Chuo Kikuu cha Tohoku huko Japani. Lakini Johnson anasema kwamba inaweza hatimaye kuwa inawezekana kujenga madaraja sawa na silicon.
Kuunganisha sumaku ndogo zinazohitajika ili kudhibiti vifaa kwenye chip ya kawaida pia haitakuwa rahisi. Makampuni yanapaswa kuwa na uwezo wa kutatua changamoto hizi, lakini ikiwa tu wataamua kuwa vifaa vinastahili, anasema Salis. Kwa sasa, anaongeza, haijulikani ikiwa vifaa vitafanya vyema katika ukubwa unaohitajika kwa chip ya vitendo - ndogo sana kuliko vipimo vya micrometre vya prototypes.
Lakini Johnson anabainisha kuwa sumaku tayari inashika katika muundo wa mzunguko: vifaa vingine vya hali ya juu vinaanza kutumia toleo la sumaku la kumbukumbu ya ufikiaji bila mpangilio, aina ya kumbukumbu ambayo kihistoria imejengwa tu na transistors za kawaida. "Nadhani zamu tayari zinaendelea," anasema.


