O echipă de cercetători din diferite centre de cercetare din Coreea de Sud au reuşit să construiască un circuit logic care se bazează mai degrabă pe magnetismul de comutare decât pe electronică. Detalii, în cele ce urmează.
Ei descriu rezultatele acestei cercetări precum şi un prototip pe care l-au conceput într-un studiu publicat în revista Nature.
Computerele moderne sunt bazate pe tranzistori – circuite electronice care utilizează o cantitate mică de sarcină electrică pentru a crea şi deţine unul dintre cele două moduri –”pornit” şi „oprit” Această abordare a permis dezvoltarea unei game largi de dispozitive de calcul, dar are, de asemenea, limitele sale. Cu cât un circuit are mai multe porţi logice, cu atât are nevoie de mai multă electricitate, ceea ce înseamnă mai multă acumulare de căldură. Aceasta înseamnă că circuitele trebuie să fie cablate, ceea ce limitează tipurile de funcţii pe care acestea le pot îndeplini. Din această cauză, computerele ajung să aibă mai multe tipuri de plăci de circuit cu funcţii specifice pentru a efectua diferite aplicaţii, de exemplu video, audio, CPU, etc.
Magneto-conductanţă reglabilă prin tensiune externă.
Credit imagine: Nature (2013) doi:10.1038/nature11817
În cadrul acestei noi cercetări echipa sud-coreeană a construit un circuit care se bazează pe magnetismul de comutare, şi ca urmare, nu este afectat de nicio limitare.
Pentru a crea acest circuit, cercetătorii au construit o poartă logică controlată de magnetism. Practic este vorba de o punte în două straturi alcătuită dintr-un material semiconductor, antimonid de indiu. Stratul de la bază are orificii încărcate pozitiv, în timp ce cel de deasupra conţine electroni încărcaţi negativ. Trimiterea într-o anumită direcţie a unor câmpuri magnetice de-a lungul acestei punţi produce stoparea electronilor atunci când aceştia se ciocnesc de stratul de jos. Rezultatul este o poartă logică care poate permite sau nu curentului să treacă – una dintre stări putând fi considerată cea de „pornit”, iar cealaltă de „oprit”, reprezentând "1"sau "0." Şi pentru că starea porţii logice este controlată de magnetism, ea ar putea funcţiona în absenţa electricităţii. Ceea ce înseamnă mai puţină căldură şi, ceea ce este şi mai important, capacitatea de a programa circuite asemenea software-ului. Un computer bazat pe asemena porţi logice ar avea nevoie doar de o placă de circuit, putând fi reconfigurat “din zbor” să îndeplinească oricare dintre funcţiile dorite, oricând este nevoie. Mai sunt desigur multe probleme de rezolvat până în momentul în care aceste circuite ar putea fi folosite în mod real în aplicaţii – probleme cum ar fi modalitatea integrării lor în tehnologia bazată pe siliciu şi, poate şi mai important decât aceasta, cum se pot controla mii sau chiar milioane de magneţi minusculi într-un mod practic în cadrul unui dispozitiv de calcul.
Mai multe informaţii: aici.
Sumar
Dispozitivele logice bazate pe magnetism demonstrează că se poate îmbunătăţi pe viitor eficienţa computaţională, scăzând în paralel consumul de energie. Ele oferă putere zero pasivă şi totuşi combină funcţii noi, cum ar fi operaţii logice programabile şi memorie non-volatilă încorporată.
Cu toate acesta, eforturile practice pentru a adapta acestei logici un dispozitiv magnetic au de suferit din cauza unui raport semnat-zgomot scăzut, precum şi din cauza altor atribute de performanţă care nu sunt adecvate pentru porţile logice.
Mai degrabă decât să recurgem la exploatarea efectelor magneto-rezistive care rezultă din spin-dependenţa de transport a purtătoarelor, am abordat dezvoltarea unui dispozitiv de logică magnetică într-un mod diferit: noi folosim fenomenul de magnetorezistenţă mare care se manifestă în semiconductorii non-magnetici sub acţiunea câmpurilor electrice de înaltă instensitate.
Explicăm aici că este vorba despre un dispozitiv care prezintă caracteristicile unei diode puternice, extrem de sensibil atât la orientarea, cât şi la magnitudinea unui câmp magnetic extern, oferind o schimbare reversibilă între două stări caracteristice diferite, prin aplicarea unui câmp magnetic.
Această caracteristică rezultă din controlul magnetic al generării purtătoarei şi recombinarea într-un canal InSb p-n dublu stratificat.
Circuite simple care combină astfel de dispozitive elementare sunt fabricate şi testate, iar funcţiile booleene logice precum AND, OR, NAND şi NOR sunt efectuate. Ele sunt programate în mod dinamic de către semnale externe electrice sau magnetice, care demonstrează logica reconfigurabilă a semiconductorilor controlaţi de câmpul magnetic la temperatura camerei. Această tehnologie magnetică permite apariţia unui nou tip de dispozitiv spintronic, care are caracteristicile unui comutator de curent în loc de cele ale unui comutator de tensiune şi oferă o platformă simplă şi compactă pentru dispozitivele logice non-volatile reconfigurabile.
Traducere de Daniela Albu după switchable-magnetic-logic-gate, cu acordul Phys.org.
