Ud over 1 og 0:Ingeniører øger potentialet for at skabe efterfølger til krympende transistorer

Computere og lignende elektroniske enheder er blevet hurtigere og mindre i løbet af årtierne, efterhånden som computerchipproducenter har lært, hvordan de kan krympe individuelle transistorer, de små elektriske kontakter, der formidler digital information.

Forskernes jagt på den mindst mulige transistor har gjort det muligt at pakke flere af dem på hver chip. Men det løb mod bunden er næsten slut:Forskere nærmer sig hurtigt det fysiske minimum for transistorstørrelse, med nylige modeller ned til omkring 10 nanometer - eller kun 30 atomer - brede.

"Processorkraften til elektroniske enheder kommer fra hundredvis af millioner, eller milliarder, transistorer, der er forbundet på en enkelt computerchip, "sagde Dr. Kyeongjae Cho, professor i materialevidenskab og teknik ved University of Texas i Dallas. "Men vi nærmer os hurtigt de nedre skalaer."

For at udvide søgen efter hurtigere behandlingshastighed, mikroelektronikindustrien leder efter alternative teknologier. Cho's forskning, offentliggjort online 30. april i tidsskriftet Naturkommunikation , kan tilbyde en løsning ved at udvide transistorens ordforråd.

Konventionelle transistorer kan kun formidle to værdier af information:Som switch en transistor er enten tændt eller slukket, som oversættes til 1'erne og 0'erne i det binære sprog.

En måde at øge behandlingskapaciteten uden at tilføje flere transistorer ville være at øge, hvor meget information hver transistor formidler ved at indføre mellemliggende tilstande mellem til og fra -tilstande for binære enheder. En såkaldt logistiktransistor med flere værdier baseret på dette princip ville tillade, at flere operationer og en større mængde information blev behandlet i en enkelt enhed.

"Begrebet logiske transistorer med flere værdier er ikke nyt, og der har været mange forsøg på at lave sådanne enheder, "Sagde Cho." Vi har gjort det. "

Gennem teori, design og simuleringer, Cho's gruppe ved UT Dallas udviklede den grundlæggende fysik i en logisk transistor med flere værdier baseret på zinkoxid. Deres samarbejdspartnere i Sydkorea fremstillede og evaluerede med succes ydeevnen af ​​en prototype -enhed.

Cho's enhed er i stand til to elektronisk stabile og pålidelige mellemliggende tilstande mellem 0 og 1, øge antallet af logiske værdier pr. transistor fra to til tre eller fire.

Cho sagde, at den nye forskning er vigtig, ikke kun fordi teknologien er kompatibel med eksisterende computer-chip-konfigurationer, men også fordi det kunne bygge bro mellem nutidens computere og kvantecomputere, den potentielle næste milepæl inden for computerkraft.

Mens en konventionel computer bruger de præcise værdier på 1s og 0s til at foretage beregninger, de grundlæggende logiske enheder i en kvantecomputer er mere flydende, med værdier, der kan eksistere som en kombination af 1'er og 0'er på samme tid eller hvor som helst derimellem. Selvom de endnu ikke skal realiseres kommercielt, store kvantecomputere er teoretiseret for at kunne gemme flere oplysninger og løse visse problemer meget hurtigere end nuværende computere.

"En enhed, der indeholder logik på flere niveauer, ville være hurtigere end en konventionel computer, fordi den ville fungere med mere end bare binære logiske enheder. Med kvanteenheder, du har kontinuerlige værdier, "Sagde Cho.

"Transistoren er en meget moden teknologi, og kvantecomputere er ikke i nærheden af ​​at blive kommercialiseret, "fortsatte han." Der er et stort hul. Så hvordan bevæger vi os fra det ene til det andet? Vi har brug for en slags evolutionær vej, en broteknologi mellem binære og uendelige frihedsgrader. Vores arbejde er stadig baseret på eksisterende enhedsteknologi, så det er ikke så revolutionerende som kvanteberegning, men det udvikler sig i den retning. "

Teknologien, Cho og hans kolleger udviklede, bruger en ny konfiguration af to former for zinkoxid kombineret til at danne et sammensat nanolag, som derefter inkorporeres med lag af andre materialer i et supergitter.

Forskerne opdagede, at de kunne opnå den fysik, der er nødvendig for logik med flere værdier, ved at indlejre zinkoxidkrystaller, kaldes kvanteprikker, til amorft zinkoxid. Atomer, der omfatter et amorft fast stof, er ikke så stift ordnet som i krystallinske faste stoffer.

"Ved at konstruere dette materiale, vi fandt ud af, at vi kunne skabe en ny elektronisk struktur, der muliggjorde denne logiske adfærd på flere niveauer, "sagde Cho, der har ansøgt om patent. "Zinkoxid er et velkendt materiale, der har tendens til at danne både krystallinske faste stoffer og amorfe faste stoffer, så det var et oplagt valg at starte med, men det er måske ikke det bedste materiale. Vores næste trin vil se på, hvor universel denne adfærd er blandt andre materialer, når vi forsøger at optimere teknologien.

"Bevæger sig fremad, Jeg vil også se, hvordan vi kan interface denne teknologi med en kvanteenhed. "