Logic từ tạo ra chip có thể thay đổi
Bóng bán dẫn, công tắc đơn giản ở trung tâm của tất cả các thiết bị điện tử hiện đại, thường sử dụng một điện áp nhỏ để chuyển đổi giữa 'bật' và 'tắt'. Phương pháp điện áp có độ tin cậy cao và dễ thu nhỏ, nhưng có nhược điểm. Đầu tiên, việc duy trì điện áp cần có nguồn điện, điều này làm tăng mức tiêu thụ năng lượng của vi mạch. Thứ hai, các bóng bán dẫn phải được nối cứng vào chip và không thể cấu hình lại, điều đó có nghĩa là máy tính cần có mạch điện chuyên dụng cho tất cả các chức năng của chúng.
Một nhóm nghiên cứu có trụ sở tại Viện Khoa học và Công nghệ Hàn Quốc (KIST) ở Seoul, Hàn Quốc, đã phát triển một mạch có thể giải quyết được những vấn đề này. Thiết bị này được mô tả trong một bài báo đăng trên trang web của Nature vào ngày 30 tháng 1, sử dụng từ tính để điều khiển dòng điện tử đi qua một cây cầu cực nhỏ của vật liệu bán dẫn indium antimonide (S. Joo và cộng sự. Nature http://dx.doi.org/10.1038/nature11817; 2013). Gian Salis, nhà vật lý tại Phòng thí nghiệm nghiên cứu Zurich của IBM ở Thụy Sĩ, cho biết đây là “một bước ngoặt mới và thú vị về cách triển khai một cổng logic”.
Cây cầu có hai lớp: tầng dưới có quá nhiều lỗ tích điện dương và tầng trên chứa chủ yếu các electron tích điện âm. Nhờ các đặc tính điện tử khác thường của indium antimonide, các nhà nghiên cứu có thể điều khiển dòng electron qua cầu bằng cách sử dụng từ trường vuông góc. Khi họ đặt trường theo một hướng, các electron sẽ bị đẩy ra khỏi tầng dương phía dưới và chuyển động tự do. Khi từ trường bị đảo ngược, các electron lao vào tầng dưới và kết hợp lại với các lỗ - tắt công tắc một cách hiệu quả (xem phần 'Khóa từ').
![]()
Đồng tác giả nghiên cứu Jin Dong Song, nhà vật lý tại KIST, cho biết khả năng cổng logic từ giữ công tắc bật hoặc tắt mà không cần điện áp “có thể giúp giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng”. Ấn tượng hơn nữa, các công tắc từ “có thể được xử lý giống như phần mềm”, ông nói, chỉ bằng cách lật từ trường để bật hoặc tắt một mạch điện. Do đó, ví dụ, một chiếc điện thoại di động có thể lập trình lại một chút vi mạch của nó để xử lý video trong khi người dùng xem một clip trên YouTube, sau đó chuyển con chip trở lại xử lý tín hiệu để nhận cuộc gọi. Điều này có thể làm giảm đáng kể khối lượng mạch điện cần thiết bên trong điện thoại.
Mark Johnson thuộc Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân ở Washington DC, đồng tác giả của bài báo, cho biết logic có thể cấu hình lại như vậy có thể là vô giá trong các vệ tinh. Nếu một phần của con chip bị hỏng trên quỹ đạo, một khu vực khác có thể được lập trình lại để tiếp quản. “Bạn đã chữa lành mạch điện và bạn đã làm được điều đó từ Trái đất,” anh ấy nói.
Tuy nhiên, để thực sự bắt kịp, logic từ sẽ phải được tích hợp với các công nghệ dựa trên silicon hiện có. Điều đó có thể không dễ dàng. Theo Junichi Murota, một nhà nghiên cứu làm việc với điện tử nano tại Đại học Tohoku ở Nhật Bản, có một điều, indium antimonide, chất bán dẫn quan trọng đối với các mạch điện, không phù hợp với các quy trình sản xuất được sử dụng để chế tạo các thiết bị điện tử hiện đại. Nhưng Johnson nói rằng cuối cùng có thể xây dựng được những cây cầu tương tự bằng silicon.
Việc tích hợp các nam châm thu nhỏ cần thiết để điều khiển các thiết bị vào một con chip thông thường cũng không hề dễ dàng. Salis cho biết các công ty có thể giải quyết những thách thức này nhưng chỉ khi họ quyết định rằng các thiết bị này đáng giá. Ông cho biết thêm, hiện tại vẫn chưa rõ liệu các thiết bị này có hoạt động tốt ở kích thước cần thiết cho một con chip thực tế hay không – nhỏ hơn nhiều so với kích thước micromet của nguyên mẫu.
Nhưng Johnson lưu ý rằng từ tính đã được áp dụng trong thiết kế mạch: một số thiết bị tiên tiến đang bắt đầu sử dụng phiên bản từ tính của bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên, một loại bộ nhớ trước đây chỉ được chế tạo bằng các bóng bán dẫn thông thường. “Tôi nghĩ một sự thay đổi đang diễn ra,” ông nói.


