Ingeniør afslører nyt spin på fremtiden for transistorer med nyt design

En ingeniør fra Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science ved University of Texas i Dallas har designet et nyt computersystem udelukkende lavet af kulstof, der en dag kan erstatte de siliciumtransistorer, der driver nutidens elektroniske enheder.

"Konceptet samler et udvalg af eksisterende nanoskalateknologier og kombinerer dem på en ny måde, " sagde Dr. Joseph S. Friedman, assisterende professor i elektro- og computerteknik ved UT Dallas, som udførte meget af forskningen, mens han var doktorand ved Northwestern University.

Det resulterende forslag til spinlogik, der udelukkende består af kulstof, udgivet af hovedforfatter Friedman og flere samarbejdspartnere i 5. juni-udgaven af ​​onlinetidsskriftet Naturkommunikation , er et computersystem, som Friedman mener kunne gøres mindre end siliciumtransistorer, med øget ydeevne.

Nutidens elektroniske enheder drives af transistorer, som er små siliciumstrukturer, der er afhængige af negativt ladede elektroner, der bevæger sig gennem silicium, danner en elektrisk strøm. Transistorer opfører sig som kontakter, tænde og slukke for strømmen.

Ud over at bære en afgift, elektroner har en anden egenskab kaldet spin, som relaterer til deres magnetiske egenskaber. I de seneste år, ingeniører har undersøgt måder at udnytte elektronernes spin-egenskaber til at skabe en ny klasse af transistorer og enheder kaldet "spintronics".

Friedmans udelukkende kulstof, spintronic switch fungerer som en logisk gate, der er afhængig af et grundlæggende princip for elektromagnetik:Når en elektrisk strøm bevæger sig gennem en ledning, det skaber et magnetisk felt, der vikler sig rundt om ledningen. Ud over, et magnetfelt nær et todimensionalt kulstofbånd - kaldet et grafen-nanobånd - påvirker strømmen, der strømmer gennem båndet. I traditionelle, siliciumbaserede computere, transistorer kan ikke udnytte dette fænomen. I stedet, de er forbundet med hinanden med ledninger. Udgangen fra en transistor er forbundet med en ledning til indgangen til den næste transistor, og så videre på en kaskadende måde.

I Friedmans spintroniske kredsløbsdesign, elektroner, der bevæger sig gennem kulstofnanorør - i det væsentlige bittesmå ledninger sammensat af kulstof - skaber et magnetfelt, der påvirker strømstrømmen i et nærliggende grafen nanobånd, at levere kaskadede logiske porte, der ikke er fysisk forbundet.

Fordi kommunikationen mellem hver af grafen nanobåndene foregår via en elektromagnetisk bølge, i stedet for elektronernes fysiske bevægelse, Friedman forventer, at kommunikationen vil være meget hurtigere, med potentiale for terahertz-urhastigheder. Ud over, disse kulstofmaterialer kan gøres mindre end siliciumbaserede transistorer, som nærmer sig deres størrelsesgrænse på grund af siliciums begrænsede materialeegenskaber.

"Dette var en stor tværfaglig samarbejdende teamindsats, " sagde Friedman, "at kombinere mit kredsløbsforslag med fysikanalyse af Jean-Pierre Leburton og Anuj Girdhar ved University of Illinois i Urbana-Champaign; teknologivejledning fra Ryan Gelfand ved University of Central Florida; og systemindsigt fra Alan Sahakian, Allen Taflove, Bruce Wessels, Hooman Mohseni og Gokhan Memik ved Northwestern."

Mens konceptet stadig er på tegnebrættet, Friedman sagde arbejde hen imod en prototype af udelukkende kulstof, cascaded spintronic computing system vil fortsætte i det tværfaglige NanoSpinCompute forskningslaboratorium, som han leder ved UT Dallas.