مواد و ساخت پیشرفته

محققان اینتل و دانشگاه برکلی در حال بررسی و یافتن جایگزینی برای ترانزیستورها هستند. این مواد که می‌توان از آنها در حافظه‌ها و مدارهای منطقی استفاده کرد، می‌توانند بازده انرژی در مدار را بین ۱۰ تا ۱۰۰ برابر بیش از هر پیشرفت قابل پیش‌بینی در ترانزیستور های فعلی CMOS (complementary metal-oxide-semiconductor) ارتقا دهد.
تجهیزات ساخته شده با magneto-electric spin-orbit همچنین کمتر از یک پنجم تجهیزات فعلی فضا نیاز دارند. از این تجهیزات می‌توان در ساخت اتوموبیل‌های خودکار و پهبادها که در آنها فضای قابل استفاده محدود بوده و نیاز پردازش بسیار بالا وجود دارد، استفاده کرد.
برخلاف ترانزیستورها که با حرکت الکترون‌ها اطلاعات را به صورت باینری ذخیره می‌کنند، تجهیزات جدید اطلاعات را با استفاده از جهت میدان مغناطیسی در مالتی فرویک ثبت می‌نمایند. مالتی فرویک در سال ۲۰۰۱ در دانشگاه برکلی اختراع شده است. در این سال کشف شد که در برخی مواد می‌توان با اعمال ولتاژ، مغناطیس در ماده را تغییر داد اما استفاده‌ای برای این مواد ارائه نشد. تحقیقات جدید شکاف بین اکتشاف تا کاربرد را پر خواهد کرد. در مقاله منتشر شده اخبر در نشریه نیچر، محققان مدعی شده‌اند که ولتاژ مورد نیاز برای تغییر میدان را از ۳ ولت کاهش داده و به ۵۰۰ میلی ولت رسانده‌اند و امکان کاهش بیشتر آن تا ۱۰۰ میلی ولت نیز وجود دارد. این مقدار، بین یک پنجم تا یک دهم ولتاژ مورد نیاز در ترانزیستورهای فعلی است که این امر موجب کاهش مصرف انرژی در مدار خواهد شد.
برای کاربردی شدن، این فناوری باید فناوری‌های دیگری توسعه یابد و تلاش بر این است که با ارائه این نتایج، موجی از تحقیقات توسط محققان و صنایع برای کاربردی شدن این فناوری شکل گیرد.
وزارت انرژی امریکا تخمین زده است که در چند دهه اینده صنعت میکرو چیپ امریکا تا چند تریلیون دلار رشد خواهد کرد و مصرف انرژی کامپیوترها از ۳ درصد فعلی تا ۲۰ درصد -معادل بخش حمل و نقل- افزایش خواهد یافت. بدون کاهش مصرف انرژی در بخش پردازش، امکان استفاده از کامپیوترها در ادوات دیگر -اینترنت اشیاء- به تعویق می‌افتد.
یکی از نویسندگان این مقاله، هشت سال قبل گروهی را در اینتل تشکیل داد تا جایگزینی برای ترانزیستورها بیابد و پنج سال قبل به سوی مالتیفرویک‌ها حرکت کرد.
مالتی‌فرویک‌ها موادی هستند که اتم‌هایشان بیش از یک آرایش کلی مغناطیسی به خود می‌گیرند در حالی که در مواد فرومغناطیسی مثل آهن، ممان مغناطیسی اتمها هم جهت شده و تشکیل آهنربای دائم می‌دهند. در مواد فرو الکتریک، بارهای مثبت و منفی اتم‌ها آفست داشته و دوقطبی‌های الکتریکی تشکیل می‌دهند که با همجهت شدن، ممان الکتریکی دائم می‌سازند.
تجهیزات MESOبا استفاده از موادی حاوی بیسموت، آهن و اکسیژن ساخته می‌شوند. این مواد هم مغناطیسی و هم فرو الکتریک‌اند. این دو خاصیت از هم متاثراند و تغییر یکی، دیگری را تغییر می‌دهد وبا تغییر ولتاژ می‌توان خواص مغناطیسی را تغییر داد. در‌MESOها، تغییر ولتاژ باعث تغییر جهت دوقطبی‌ها و در نتیجه میدان مغناطیسی می‌شود.
منبع:
http://www.engineersjournal.ie/2018/12/11/new-quantum-materials-could-take-computing-devices-beyond-the-semiconductor-era