Vaihtoehtoja elektroniikan vauhdittamiseen

Tohtori Kyeongjae Cho, materiaalitieteen ja -tekniikan professori ja hänen UT:n Dallas-yhteistyökumppanit kehittivät sinkkioksidiin perustuvan moniarvoisen logiikka-transistorin perusfysiikan.

Jotta elektroniikan ja tietotekniikan toimintanopeutta voitaisiin nopeuttaa tutkijat ja alan teollisuus etsivät vaihtoehtoisia tekniikoita.

Texasin yliopisto Dallasin professori Kyeongjae Choin ryhmän tutkimus saattaa tarjota ratkaisun laajentamalla transistorin bittivariaatiota.

Yksi tapa parantaa prosessointikapasiteettia transistoreita lisäämättä olisi ottaa käyttöön niin sanottu moniarvoinen looginen transistori, joka mahdollistaa useampien toimintojen ja suuremman informaationmäärän käsittelyn yhdellä piirillä.

Moniarvoisten loogisten transistorien käsite ei ole uusi ja niitä on yritetty tehdä aiemminkin.

Nyt Chon ryhmä on kehittänyt teorian, suunnittelun ja simulaatioiden avulla sinkkioksidiin perustuvan moniarvoisen logiikkatransistorin perusfysiikan.

Chon rakenne pystyy käyttämään kahta elektronisesti vakaata ja luotettavaa välitilaa välillä 0 ja 1, mikä lisää loogisten arvojen määrää transistoria kohti kahdesta kolmeen tai neljään.

Kehitetty teknologia on sinkkioksidin kahden muodon uudenlainen yhdistelmä, jolloin muodostuu komposiittinen nanolanka, joka yhdistetään sitten muiden materiaalien kerroksiin superhilassa. Logiikka- ja muistilaitteet, kuten tietokoneiden kiintolevyt, käyttävät nykyään nanomagneettisia mekanismeja informaation tallentamiseen ja käsittelyyn.

Yleensä magnetismia ohjataan sähkövirralla, joka kuljettaa spiniä mutta siihen liittyy yleensä sitä kuljettava sähkövaraus mutta se aiheuttaa merkittäviä lämpö- ja energiahäviötä.

Spin voidaan kuitenkin kuljettaa ilman varausta topologisella eristeellä - materiaalilla, jonka sisäpuoli eristää, mutta joka voi tukea elektronien virtausta sen pinnalla. New Yorkin yliopiston tutkijat julkaisivat tutkimuspaperin jänniteohjatusta topologisesta spin-kytkimestä (VTOPSS), joka vaatii vain sähkökenttiä, eikä virtoja, vaihtamaan kahden Boolen logiikan tilan välillä.

Näin se vähentää merkittävästi tuotettua lämpöä ja käytettyä energiaa. Nykymenettelyn tehottomuutta lisää myös se, että laskentaa ja tallennusta ei ole integroitu toisiinsa.

Vaikka heterorakenteiset laitteet, kuten tutkijoiden, joka koostuu magneettisesta ja topologisesta eristeistä ovat edelleen hieman hitaampia kuin piitransistorit, vTOPSS lisää toiminnallisuutta ja piirien suunnittelumahdollisuuksia, koska siinä logiikka ja haihtumaton muisti integroituvat hyvin.

Rakenne hyödyntää topologista eristettä, jolla on paras tehokkuus spinmomentin muuntoon sähkökentällä. Se myös toimii huonelämpötilassa ja matalan momentin magneettisessa eristeessä, joka voi reagoida nopeasti tiettyyn spinmomenttiin.

Verrattuna olemassa oleviin spinpohjaisiin piireihin, kuten täysin spiniin perustuvaan logiikkaan ja varaus-spin-logiikkaan, VTOPSS tarjoaa 10 - 70 kertaa pienemmän energiahäviön.

Tutkijat pystyivät osoittamaan, että VTOPSS:n energiatekijä voidaan laskea muutamaan attojouleen bittiä kohden.

Tutkijoiden mukaan VTOPSS-tekniikka tarjoaa kilpailukykyistä metriikkaa verrattuna olemassa olevaan CMOS-tekniikkaan.

Aiheista aiemmin:

Moniarvoisuutta tavoitellen

Topologista magnetoresistanssia