ترانزیستوری که بودجه انرژی جهان را 5 درصد کاهش می دهد!



فرارو- در تلاشی مشترک، مهندسان در دانشگاه‌های مختلف ایالات متحده، اختراع کوچک اما عظیمی از یک ترانزیستور مغناطیسی-الکتریک نوآورانه را به ثبت رسانده‌اند که می‌تواند به اشتهای روزافزون جهان برای حافظه دیجیتال کمک کند و در عین حال 5 درصد از بودجه انرژی دیجیتال جهان را کاهش دهد.

به گزارش فرارو، فیزیکدانان دانشگاه نبراسکا-لینکلن، دانشگاه جاناتان براد و کیک هی در بوفالو با همکاری یکدیگر اولین ترانزیستور مغناطیسی-الکتریکی را توسعه دادند. پیتر دوبن، فیزیکدان دانشگاه نبراسکا، می‌گوید: «علاوه بر محدود کردن مصرف انرژی، این ابتکار می‌تواند تعداد ترانزیستورهای مورد نیاز برای ذخیره داده‌های خاص را تا ۷۵ درصد کاهش دهد و در نتیجه دستگاه‌های کوچک‌تری تولید کند». “این ابتکار همچنین می تواند به حفظ حافظه، حتی پس از قطع برق یا قطع ناگهانی برق کمک کند.”

میلیون ها ترانزیستور در بالای هر مدار مجتمع مدرن یا ریزتراشه ساخته شده از مواد نیمه هادی مورد علاقه صنعت، سیلیکون، قرار می گیرند. داوون می گوید، اما ریزتراشه های مبتنی بر سیلیکون به محدودیت های عملی خود نزدیک می شوند. این موانع به صنعت نیمه هادی اجازه می دهد تا هر گونه جایگزین امیدوارکننده را بررسی و تامین مالی کند. یکی از محدودیت های اصلی این تراشه ها انقباض آنها است که محدود است و کنترل گرمایش آنها را تا حد زیادی غیرممکن می کند. این موضوع دوم همچنین به معنای مصرف انرژی بیشتر است که با توجه به استفاده گسترده از تراشه ها در همه دستگاه های اطراف ما قابل توجه خواهد بود.

داوون گفت: «پس ما به چیزی نیاز داریم که بتوانیم در صورت امکان کوچکتر کنیم. اما مهمتر از آن، ما به چیزی نیاز داریم که متفاوت از ترانزیستور سیلیکونی عمل کند تا بتوانیم مصرف برق را به میزان قابل توجهی کاهش دهیم. ترانزیستورهای سنتی مبتنی بر سیلیکون از چندین ترمینال تشکیل شده اند. دو مورد از آنها به نام منبع و دشارژ، نقطه شروع و پایان الکترون هایی هستند که در مدار جریان دارند. در بالای آن کانال ترمینال دیگری به نام Degit وجود دارد. اعمال ولتاژ بین گیت و منبع می تواند تعیین کند که آیا جریانی با مقاومت کم یا زیاد وجود دارد که منجر به تجمع یا عدم وجود بارهای الکترونی به ترتیب با کد 1 یا 0 می شود.

بنابراین، تیم به جای تکیه بر بار الکتریکی به عنوان مبنای استراتژی خود، به چرخش روی آورد. خاصیت مرتبط با آهنربای الکترون‌هایی که به سمت بالا یا پایین می‌روند و مانند بار الکتریکی به صورت 1 یا 0 خوانده می‌شوند. دانشمندان می‌دانند که الکترون‌هایی که از گرافن، ماده‌ای بسیار قوی که تنها یک اتم ضخامت دارد، جریان می‌یابند، می‌توانند جهت‌گیری چرخش اولیه خود را برای فواصل نسبتاً طولانی حفظ کنند. این یک ویژگی جذاب برای نشان دادن پتانسیل یک ترانزیستور مبتنی بر الکترون اسپین است. در واقع، کنترل جهت این چرخش ها، با استفاده از توان کمتر از یک ترانزیستور استاندارد، چشم انداز بسیار دشواری است.

برای انجام این کار، محققان باید بستر گرافن را با یک ماده مناسب بپوشانند. خوشبختانه، این گروه سال ها صرف مطالعه و اصلاح چنین ماده ای یعنی اکسید کروم کردند. مهمتر از همه، اکسید کروم الکترومغناطیسی است، به این معنی که چرخش اتم ها روی سطح آن را می توان با اعمال مقدار کمی ولتاژ و انرژی گذرا از بالا به پایین یا بالعکس چرخاند. هنگامی که یک ولتاژ مثبت اعمال می شود، اکسید کروم پایین تر به سمت بالا می چرخد ​​و در نهایت جریان الکتریکی گرافن را مجبور می کند در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد و سیگنال قابل تشخیصی در این فرآیند تولید می کند. ولتاژ منفی در عوض با چرخش اکسید کروم به سمت پایین و چرخش جریان گرافن به سمت راست می چرخد ​​و سیگنال واضحی از یکی ایجاد می کند.

داوون می‌گوید جایگزین‌های زیادی برای گرافن وجود دارد که از نظر ضخامت اتمی مشابه هستند، اما دارای خواصی هستند که برای ترانزیستورهای مغناطیسی-الکتریکی مناسب‌تر هستند. او گفت که رقابت برای پوشاندن اکسید کروم با سایر نامزدهای دو بعدی ادامه دارد و این بدان معناست که به هر طریقی آغاز خواهد شد. اکنون همه می توانند وارد بازی شوند و سعی کنند ترانزیستورهای خود را واقعاً کارآمد و رقابتی کنند. این مسیری است که تازه شروع شده است، اما در نهایت می تواند به یک نتیجه جالب منجر شود.

دوبن میافزاید; می دانیم که مواد مغناطیسی-الکتریکی می توانند رویکرد خوبی را اثبات کنند. تشخیص و اصلاح اکسید کروم بسیار امیدوارکننده است، هم برای کنترل چرخش آن با استفاده از ولتاژ به جای آهنربای تخلیه، و هم برای اطمینان از عملکرد مناسب آن در دماهای بالا. اگر بخواهیم در صنعت نیمه هادی ها رقابت کنیم، موفقیت ما نه تنها در نبراسکا در زمستان، بلکه در تابستان در عربستان سعودی نیز خوب عمل می کند.

منبع: scitechdaily

ترجمه: مصطفی جرفی فرارو


تمامی اخبار به صورت تصادفی و رندومایز شده پس از بازنویسی رباتیک در این سایت منتشر شده و هیچ مسئولتی در قبال صحت آنها نداریم