Магнетната логика создава променливи чипови

Софтверот може да го трансформира компјутерот од процесор на текст во крцкач на броеви во видео телефон. Но, основниот хардвер е непроменет. Сега, еден вид транзистор што може да се префрли со магнетизам наместо со електрична енергија, би можел да ги направи кола податливи, што ќе доведе до поефикасни и посигурни гаџети, од паметни телефони до сателити.

Транзисторите, едноставните прекинувачи во срцето на сета модерна електроника, обично користат мал напон за да се префрлаат помеѓу „вклучено“ и „исклучување“. Напонскиот пристап е многу сигурен и лесен за минијатуризирање, но има свои недостатоци. Прво, за одржување на напонот вклучен е потребна енергија, што ја зголемува потрошувачката на енергија на микрочипот. Второ, транзисторите мора да бидат цврсто поврзани во чиповите и не можат да се реконфигурираат, што значи дека на компјутерите им треба посветено кола за сите нивни функции.

Истражувачка група со седиште во Корејскиот институт за наука и технологија (KIST) во Сеул, Јужна Кореја, разви кола што може да ги заобиколи овие проблеми. Уредот, опишан во труд објавен на веб-страницата на Nature на 30 јануари, користи магнетизам за да го контролира протокот на електрони низ ситниот мост на полупроводничкиот материјал индиум антимонид (S. Joo et al. Nature http://dx. doi.org/10.1038/nature11817; 2013). Тоа е „нов и интересен пресврт за тоа како да се имплементира логичка порта“, вели Џан Салис, физичар во истражувачката лабораторија на IBM во Цирих во Швајцарија.

Мостот има два слоја: долна палуба со вишок на позитивно наелектризирани дупки и горна палуба исполнета претежно со негативно наелектризирани електрони. Благодарение на необичните електронски својства на индиум антимонидот, истражувачите можат да го контролираат протокот на електрони преку мостот користејќи нормално магнетно поле. Кога ќе го постават полето во една насока, електроните се оддалечуваат од позитивната долна палуба и слободно течат. Кога магнетното поле е превртено, електроните се удираат во долната палуба и се рекомбинираат со дупките - ефикасно исклучувајќи го прекинувачот (видете „Магнетна брава“).

Способноста на магнетната логичка порта да го држи прекинувачот вклучен или исклучен без напон „може да доведе до големо намалување на потрошувачката на енергија“, вели коавторот на студијата Џин Донг Сонг, физичар во KIST. Уште поимпресивно, магнетните прекинувачи „може да се ракуваат како софтвер“, вели тој, со едноставно превртување на полето за да се овозможи или оневозможи коло. Така, мобилниот телефон би можел, на пример, да репрограмира малку од својот микроспој за да обработува видео додека неговиот корисник гледа клип на YouTube, а потоа да го префрли чипот на процесирање сигнал за да прими телефонски повик. Ова во голема мера може да го намали обемот на кола потребни во внатрешноста на телефонот.
Таквата логика што може да се конфигурира може да биде непроценлива за сателитите, додава Марк Џонсон од Поморската истражувачка лабораторија во Вашингтон, коавтор на трудот. Ако дел од чипот не успее во орбитата, друг сектор може едноставно да се репрограмира за да го преземе. „Го излечивте колото и го направивте тоа од Земјата“, вели тој.
Меѓутоа, за навистина да се достигне, магнетната логика треба да се интегрира со постоечките технологии базирани на силикон. Тоа можеби не е лесно. Како прво, индиум антимонидот, полупроводникот кој е клучен за колата, не одговара на производствените процеси што се користат за производство на модерна електроника, според Јуничи Мурота, истражувач кој работи со наноелектроника на Универзитетот Тохоку во Јапонија. Но, Џонсон вели дека на крајот можеби е можно да се изградат слични мостови со силикон.

Интегрирањето на минијатурните магнети потребни за контрола на уредите во нормален чип исто така нема да биде лесно. Компаниите треба да бидат способни да ги решат овие предизвици, но само ако одлучат дека уредите вредат, вели Салис. Во моментов, додава тој, не е јасно дали уредите ќе работат добро со големини потребни за практичен чип - многу помал од микрометарските димензии на прототиповите.

Но, Џонсон забележува дека магнетизмот веќе привлекува во дизајнот на кола: некои напредни уреди почнуваат да користат магнетна верзија на меморија за случаен пристап, тип на меморија која историски била изградена само со конвенционални транзистори. „Мислам дека промената е веќе во тек“, вели тој.