ORNL的研究发现复杂氧化物材料,可以自组织成电子电路,从而有可能创建新型计算机芯片。

(图片来源于:ORNL)

引言

如今的计算机芯片中,大多数是基于硅的半导体制成。但是,美国能源部橡树岭国家实验室(ORNL)的研究人员,基于对纳米材料的行为进行研究,诞生了一项举世瞩目的发现,推进微处理器超越当今的硅基芯片范畴。

研究简介

这项研究,发表在《先进电子材料》杂志封面,展示了限制在微观和纳米级别的复杂氧化物单晶材料,可以像多组件电路一样工作。这种行为源于这些复杂氧化物的一个不同寻常的特性,称为“相位分离”,即材料中微小的区域展示出不同的电磁特性。

这意味着复杂氧化物材料的单个纳米级区域,可以像自组织电路元件一样工作,支持新型多功能计算机体系结构。

“在单片材料中,可共存不同磁场或者电子行为,”研究的通讯作者、ORNL的Zac Ward说,“这项研究有意思的部分就是发现了使用这些相位,像电路元件一样工作。同时,我们也可以移动这些元件,使用材料创建可重写的电路。”

研究人员在一种叫做LPCMO的材料上展示了他们的方案,但是Ward认为其他相位分离材料,有不同属性以便工程师利用。

新思路

因为,相位磁场和电场相关,材料可被多种方式控制,打开了设计新型计算机芯片的大门。“这是一种思考电子的新方式,你不仅仅只是具有电场开关来代表比特位,”Ward说,“这并不是基于传统设计,而是开发一种针对多功能架构的完全不同的方案,通过单个材料集成多种外部刺激

意义

计算机工业正在超越硅基芯片的限制,ORNL的原理验证实验展示了相位分离材料可以成为一种超越“单一芯片适应所有设备”的方案。不像一个芯片只扮演一个角色,多能芯片可以针对特定应用的需求,处理几个输入和输出。

“特别是,你要在计算机板上连接几个不同元件到一起,以满足多个外部感知的访问,”Ward说,“我们的研究最大的区别就是,展示了特定复杂材料已经内置这些元件,从而缩小尺寸和功耗需求。”

这种新方案旨在为特定应用开发硬件。这种材料可以满足超级电脑、台式机、智能手机等的差异化需求,而无须再遵守“单一芯片适应所有设备”的方案。

参考资料

【1】Andreas Herklotz, Hangwen Guo, Anthony T. Wong, Ho Nyung Lee, Philip D. Rack, Thomas Z. Ward. Multimodal Responses of Self-Organized Circuitry in Electronically Phase Separated Materials. Advanced Electronic Materials, 2016; 2 (9): 1600189 DOI: 10.1002/aelm.201600189

【2】http://www.newswise.com/articles/complex-materials-can-self-organize-into-circuits-may-form-basis-for-multifunction-chips


复杂纳米材料可自组织成电路 为多功能芯片奠定基础
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