ترانزیستوری که 5 درصد بودجه انرژی دنیا را کم می نماید! - وبلاگ نت مالزی

به گزارش وبلاگ نت مالزی، در یک تلاش دسته جمعی، مهندسان دانشگاه های مختلف ایالات متحده اختراع کوچک، اما عظیمی را به ثبت رسانده اند که مربوط به یک ترانزیستور مغناطیسی-الکتریکی نوآورانه است که می تواند به اشتهای روزافزون دنیا برای داشتن حافظه دیجیتال یاری کند و در عین حال 5 درصد از بودجه انرژی دیجیتال دنیا را کاهش دهد.

به گزارش وبلاگ نت مالزی، فیزیکدانانی از دانشگاه های نبراسکا-لینکلن، دانشگاه جاناتان برد و کیک هی در بوفالو، گرد هم امدند تا برای ساخت اولین ترانزیستور مغناطیسی-الکتریک با یکدیگر همکاری نمایند. پیتر داوبن، فیزیکدان دانشگاه نبراسکا در این خصوص گفت: علاوه بر محدود کردن مصرف انرژی، این ابتکار می تواند تعداد ترانزیستور های مورد احتیاج برای ذخیره داده های خاص را تا 75 درصد کاهش دهد که نتیجه آن فراوری دستگاه های کوچکتر می گردد. این ابتکار بعلاوه می تواند به حفظ حافظه ها، حتی پس از خاموش شدن یا قطع ناگهانی برق یاری کند.

میلیون ها ترانزیستور روی سطح هر مدار مجتمع یا ریزتراشه مدرنی قرار گرفته اند که از ماده نیمه رسانای مورد علاقه صنعت، یعنی سیلیکون، ساخته شده است. داوبن می گوید، اما ریزتراشه های مبتنی بر سیلیکون به محدودیت های عملی خود نزدیک شده اند. این محدودیت ها باعث می گردد که صنعت نیمه رسانا هر جایگزین امیدوار نماینده ای را که می تواند آنالیز و تأمین اقتصادی کند. یکی از محدودیت های اصلی این تراشه ها، میزان کوچک کردن آنهاست که حد و مرز دارد و همین امر باعث می گردد نتوان گرم شدن آن ها را تا حد زیادی کنترل کرد. این موضوع دوم نیز به معنای مصرف انرژی بیشتر است که با توجه به توسعه استفاده از تراشه ها در تمام وسایل اطراف ما، این میزان قابل توجه خواهد بود.

داوبن گفت: بنابراین ما به چیزی احتیاج داریم که در صورت امکان بتوانیم آن را کوچکتر کنید. اما مهمتر از آن، ما به چیزی احتیاج داریم که متفاوت از ترانزیستور سیلیکونی کار کند تا بتوانیم مصرف برق را به شکل قابل توجهی کاهش دهیم. ترانزیستور های مبتنی بر سیلیکون معمولی از چندین ترمینال تشکیل شده اند. دو مورد از آن ها که منبع و تخلیه نامیده می شوند، به عنوان نقطه آغاز و انتها برای الکترون هایی هستند که در مدار جریان می یابند. بالای آن کانال ترمینال دیگری واقع شده است که دگیت نامیده می گردد. اعمال ولتاژ بین گیت و منبع می تواند مشخص کند که جریان الکتریکی با مقاومت کم یا زیاد جریان داشته باشد، که منجر به تجمع یا عدم وجود بار های الکترونی می گردد که به ترتیب 1 یا 0 کد می شوند.

بنابراین، تیم به جای وابستگی به بار الکتریکی به عنوان مبنای رویکرد خود، به چرخش روی آورد؛ یک خاصیت مرتبط با مغناطیس از الکترون ها که به بالا یا پایین اشاره می نماید و می تواند مانند بار الکتریکی به عنوان 1 یا 0 خوانده گردد. دانشمندان می دانستند که الکترون هایی که از میان گرافن -یک ماده فوق العاده قوی با ضخامت فقط یک اتم- جریان می یابند، می توانند جهت گیری های اولیه اسپین خود را برای فواصل نسبتاً طولانی حفظ نمایند. این یک ویژگی مجذوب کننده برای نشان دادن پتانسیل یک ترانزیستور مبتنی بر اسپین ترونیک می باشد. در واقع کنترل جهت آن اسپین ها، با استفاده از توان بسیار کمتر از یک ترانزیستور معمولی، منظره بسیار چالش برانگیزی بود.

برای انجام این کار، محققان باید زیر گرافن را با مواد مناسب بپوشانند. خوشبختانه، این گروه سال ها را به مطالعه و اصلاح چنین ماده ای، یعنی اکسید کروم، اختصاص داده بود. مهمتر از همه، اکسید کروم مغناطیسی-الکتریک است، به این معنی که اسپین های اتم ها در سطح آن را می توان با اعمال میزان ناچیز ولتاژ موقت و انرژی گیر، از بالا به پایین یا برعکس، چرخاند. هنگام اعمال ولتاژ مثبت، اسپین های اکسید کروم زیرین به سمت بالا می آیند و در نهایت جهت چرخش جریان الکتریکی گرافن را وادار می نماید که به چپ منحرف گردد و سیگنال قابل تشخیصی در این فرآیند ایجاد گردد. ولتاژ منفی در عوض اسپین های اکسید کروم را به سمت پایین می چرخاند و جهت چرخش جریان گرافن به سمت راست می چرخد و سیگنالی واضوح از دیگری ایجاد می نماید.

داوبن گفت که جایگزین های زیادی برای گرافن وجود دارد که ضخامت یک اتمی آن را به اشتراک می گذارند، اما بعلاوه دارای خواصی هستند که برای ترانزیستور های مغناطیسی-الکتریک مناسب تر است. او گفت که رقابت برای پوشاندن اکسید کروم با سایر کاندید های دوبعدی در حال حاضر در جریان است و این به معنای آغاز یک راه است. اکنون همه می توانند وارد بازی شوند و کوشش نمایند که چگونه ترانزیستور خود را واقعاً خوب و رقابتی بسازند. این راهی است که تازه آغاز شده، اما می تواند در نهایت به یک نتیجه جالب توجه ختم گردد.

داوبن می افزاید؛ ما می دانستیم که مواد مغناطیسی-الکتریکی می توانند یک رویکرد کارآمد را اثبات نمایند. شناسایی اکسید کروم و اصلاح آن، چه برای کنترل چرخش آن با ولتاژ به جای مغناطیس تخلیه نماینده نیرو، و چه برای اطمینان از عملکرد مناسب آن در دما های بالا، بسیار امیدبخش بود. اگر می خواستیم با صنعت نیمه هادی رقابت کنیم، دستاورد ما نمی توانست فقط در نبراسکا در فصل زمستان خوب کار کند، بلکه باید در تابستان در عربستان سعودی نیز کار کند.

منبع: scitechdaily

ترجمه: مصطفی جرفی-وبلاگ نت مالزی