Знайдений спосіб заміни кремнію вуглецем в комп'ютерах майбутнього

Дослідникам вдалося створити нову комп'ютерну систему, що працює без застосування кремнію, на основі вуглецю. У числі переваг комп'ютерів на основі нових транзисторів — їх значно зросла продуктивність. Конструкція такої обчислювальної системи буде істотно відрізнятися від звичної, заснованої на кремнії. Як саме зможуть працювати вуглецеві комп'ютери майбутнього?

Інженер з Школи інженерних і комп'ютерних наук Еріка Джонссона (Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science) Техаського університету в Далласі була створена нова комп'ютерна система, виготовлена виключно на основі вуглецю, який в майбутньому зможе замінити кремній у транзисторах сучасних електронних девайсів.

Велика частина дослідження була проведена професором-асистентом електричних та комп'ютерних технологій доктором Джозефом С. Фрідманом (Joseph S. Friedman) ще тоді, коли він був докторантом в Північно-Західному університеті.

Результатом його досліджень стала комп'ютерна система на основі базується на вуглеці спинтронной логіки. Результати дослідження були опубліковані 5 червня 2017 року Джозефом Фрідманом і кількома його співавторами в онлайн-журналі Nature Communications. Джозеф Фрідман впевнений в тому, що подібна комп'ютерна система буде менше тієї, що заснована на кремнієвих транзисторах, а її продуктивність зросте.

Сучасні електронні девайси засновані на транзисторах, які є крихітними кремнієвими структурами, що дозволяють негативно заряджених електронів проходити через кремній, формуючи електричний струм. Транзистори працюють в якості світчів (перемикачів), включаючи і вимикаючи струм.

На додаток до здатності нести електричний заряд, електрони мають також іншим якістю, що належать до їх магнітним властивостям, який називають спіном. В останні роки інженери вивчали шляхи використання характеристик спина електронів для створення нового класу транзисторів і девайсів. Цей напрямок називається спинтроникой, або спінової електронікою.

Пропонований Джозефом Фрідманом вуглецевий спинтронный світч функціонує в якості логічного шлюзу, робота якого заснована на базовому принципі електромагнітів: коли електричний заряд проходить через дріт, він створює магнітне поле, яке охоплює провід.

На додаток магнітне поле навколо двомірної стрічки вуглецю, яка називається графенової нанолентой, і впливає на струм, що проходить через стрічку. У традиційних комп'ютерах на основі кремнію транзистори не можуть відтворювати цей феномен. Замість цього вони з'єднані один з одним проводами. Вихід з одного транзистора з'єднується дротом зі входом наступного транзистора, і, таким чином, транзистори каскадно з'єднані між собою.

В конструкції спинтронной мікросхеми, запропонованої Джозефом Фрідманом, електрони, проходячи через вуглецеві нанотрубки — дуже тонкі дроти, виготовлені з вуглецю, — створюють магнітне поле, що надає вплив на перебіг струму в найближчій графенової наноленте, забезпечуючи каскадні логічні шлюзи, які не з'єднані між собою фізично.

Оскільки взаємодія між графеновыми нанолентами здійснюється за допомогою електромагнітних хвиль, а не фізичного руху електронів, Джозеф Фрідман очікує, що швидкість цієї взаємодії буде вище і потенційно дозволить забезпечити тактові частоти, що обчислюються в терагерцах. У доповнення ці вуглецеві матеріали можуть бути зроблені меншого розміру, ніж транзистори на основі кремнію, оскільки відсутні ті обмеження, які обумовлені властивостями кремнієвого матеріалу.

Слід відзначити, що цей концепт все ще перебуває на стадії «креслярської дошки», але Джозеф Фрідман зазначає, що робота над прототипом вуглецевої каскадної спинтронной комп'ютерної системи буде продовжена в міждисциплінарної дослідницької лабораторії NanoSpinCompute, якою він керує в Техаському університеті в Далласі.

Які перспективи могли б принести з собою комп'ютерні пристрої, тактова частота яких виражається не в гігагерцах, в терагерцах (трильйонах герц)?

За матеріалами sciencedaily.com