10.04.2013

Жидкие транзисторы

Источник: Служба новостей IDG
Изучая пути организации вычислений без использования кремния, корпорация IBM предложила способ построения виртуальных транзисторных схем, которые имитируют работу человеческого мозга.

Транзисторы будут изготавливаться из так называемых «сильно коррелирован­ных электронных оксидов», обладающих свойствами, которые позволяют выстра­ивать схемы с еще более высокой вычислительной мощностью и меньшим энергопотреблением.

«После 50 лет успешного применения кремниевых транзисторов возможности дальнейшего уменьшения их размеров фактически исчерпаны, — подчеркнул Стюарт Паркин, научный сотрудник подразделения IBM Research, возглавляю­щий проект. — Нам нужны альтернативные устройства и материалы, которые ра­ботали бы совсем по-другому. Альтернатив кремнию не так уж много. И одной из них являются коррелированные электронные оксиды».

Команда Паркина первой с помощью ионов кислорода сумела перевести оксиды металлов из изолированного состояния в проводящее. Подробности исследова­ния были опубликованы в журнале Science.

Схемы, используемые в современных компьютерных процессорах, памяти и дру­гих компонентах, представляют собой совокупность интегральных транзисторов, изготовленных из кремниевых пластин. Обычный транзистор меняет свое состоя­ние под воздействием на его затвор небольшого электрического напряжения. Таким образом, осуществляется переключение — включение или выключение — транзистора, и через него начинает течь электрический ток.

В технологии IBM применяется другой подход перевода материала в проводя­щее состояние, основанный на использовании материалов с сильно коррелиро­ванными электронами, например, оксидов металлов. В обычном состоянии эти материалы являются изоляторами и не проводят электрический ток. «Они не подчиняются обычной зонной теории, — пояснил Паркин. — Но при определен­ных условиях могут менять свое состояние и становиться проводниками».

В результате исследований, продолжавшихся несколько лет, ученым удалось найти способы изменения электропроводности коррелированных электронных ок­сидов. Применявшиеся ранее подходы основывались на приложении к материа­лу нагрузки и на изменении его температурного состояния. Ни один из них так и не нашел применения в массовом выпуске микросхем. Прорыв, совершенный ис­следователями из IBM, заключается в том, что электропроводность материала меняется под воздействием молекул кислорода.

В экспериментах IBM эти электроны вводились путем контакта с ионной жидко­стью, состоящей из крупных молекул неправильной формы. Когда к жидкости прилагалось напряжение и она помещалась на оксид металла, материал менял свое состояние с проводящего на изолирующее и наоборот.

Подход этот может оказаться более эффективным с точки зрения энергопотреб­ления по сравнению с использованием стандартных кремниевых транзисторов. Дело в том, что транзисторы здесь энергонезависимы — их не нужно постоянно подпитывать, для того чтобы они сохраняли свое состояние. Напряжение пода­ется лишь однажды, для переключения состояния.

«Наши материалы не могут переключаться так быстро, как кремниевые транзи­сторы, но их относительно низкая скорость переключения с лихвой компенсиру­ется получаемой гибкостью, — отметил Паркин. — Теоретически такие транзи­сторы могут имитировать работу человеческого мозга в том смысле, что измене­ние состояния материалов здесь осуществляется под воздействием жидкостей и потоков ионов. А нам известно, что мозг выполняет вычислительные операции в миллион раз эффективнее, чем кремниевые компьютеры».

Схемы подобного рода могут использовать микрожидкостный подход — опробо­ванную практику управления небольшими объемами жидкости, помещаемой в систему. «Мы будем помещать жидкость непосредственно на поверхности или на трехмерные структуры оксидов и изменять их свойства путем приложения электрического напряжения к затвору, — указал Паркин. — Когда виртуальная схема выполнит свою задачу, ее можно будет разобрать, просто пропустив жид­кость через другие каналы.

Комментарии

  • Facebook
  • Вконтакте

Это может быть интересно