English
简体中文
русский
عربى
français
Español
日本語
한국어
Italian
Deutsche
português
Türk
हिंदी
Persian
Polskie
Tiếng Việt
Indonesian
Filipino
Urdu
Bengali
Український
Swahili
Kazakh
Uzbek
Магнітна логіка створює змінні мікросхеми
Транзистори, прості перемикачі в основі всієї сучасної електроніки, зазвичай використовують крихітну напругу для перемикання між «увімкненням» і «вимкненням». Підхід напруги є високонадійним і легким для мініатюризації, але має свої недоліки. По-перше, для підтримання напруги потрібна потужність, що збільшує енергоспоживання мікрочіпа. По-друге, транзистори мають бути жорстко підключені до чіпів і не можуть бути переконфігуровані, а це означає, що комп’ютери потребують спеціальної схеми для всіх своїх функцій.
Дослідницька група з Корейського інституту науки і технологій (KIST) у Сеулі, Південна Корея, розробила схему, яка може вирішити ці проблеми. Пристрій, описаний у статті, опублікованій на веб-сайті Nature 30 січня, використовує магнетизм для керування потоком електронів через мізерний місток із напівпровідникового матеріалу антимоніду індію (S. Joo et al. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature11817; 2013). Це «новий і цікавий поворот у тому, як реалізувати логічні ворота», — каже Джан Саліс, фізик Цюрихської дослідницької лабораторії IBM у Швейцарії.
Міст складається з двох шарів: нижньої деки з надлишком позитивно заряджених дірок і верхньої деки, заповненої переважно негативно зарядженими електронами. Завдяки незвичайним електронним властивостям антимоніду індію дослідники можуть контролювати потік електронів через міст за допомогою перпендикулярного магнітного поля. Коли вони встановлюють поле в одному напрямку, електрони відводяться від позитивної нижньої деки та вільно течуть. Коли магнітне поле перевертається, електрони врізаються в нижню палубу та рекомбінуються з дірками, фактично вимикаючи вимикач (див. «Магнітний замок»).
Здатність магнітного логічного вентиля утримувати перемикач у включеному або вимкненому стані без напруги «може призвести до значного зниження споживання енергії», каже співавтор дослідження Джин Донг Сонг, фізик з KIST. Ще більш вражаюче те, що магнітні перемикачі «можна працювати як програмне забезпечення», каже він, просто перевертаючи поле, щоб увімкнути або вимкнути схему. Таким чином, мобільний телефон може, наприклад, перепрограмувати частину своєї мікросхеми для обробки відео, поки його користувач переглядає кліп на YouTube, а потім знову перемкнути чіп на обробку сигналу, щоб прийняти телефонний дзвінок. Це може значно зменшити обсяг схем, необхідних усередині телефону.
Така реконфігурована логіка може бути неоціненною для супутників, додає Марк Джонсон з Морської дослідницької лабораторії у Вашингтоні, округ Колумбія, співавтор статті. Якщо частина чіпа вийшла з ладу на орбіті, інший сектор може бути просто перепрограмований, щоб взяти його на себе. «Ви вилікували схему, і ви зробили це з Землі», — каже він.
Однак, щоб справді завоювати популярність, магнітна логіка повинна бути інтегрована з існуючими технологіями на основі кремнію. Це може бути нелегко. По-перше, антимонід індію, напівпровідник, який має вирішальне значення для схем, погано підходить для виробничих процесів, які використовуються для виготовлення сучасної електроніки, за словами Джунічі Муроти, дослідника, який працює з наноелектронікою в університеті Тохоку в Японії. Але Джонсон каже, що згодом, можливо, стане можливим побудувати подібні мости з кремнієм.
Інтегрувати мініатюрні магніти, необхідні для керування пристроями, у звичайний чіп також було б нелегко. Компанії повинні бути в змозі вирішити ці проблеми, але тільки якщо вони вирішать, що пристрої варті уваги, говорить Саліс. На даний момент, додає він, незрозуміло, чи будуть пристрої працювати добре при розмірах, необхідних для практичного чіпа — набагато менших, ніж мікрометри прототипів.
Але Джонсон зазначає, що магнетизм уже набув поширення в схемотехніці: деякі передові пристрої починають використовувати магнітну версію оперативної пам’яті, тип пам’яті, який історично будувався лише зі звичайними транзисторами. «Я думаю, що зміни вже відбуваються», — каже він.
