Intelin ja Kalifornian Berkeleyn yliopiston tutkijat etsivät yhdessä nykyisen transistoritekniikan korvaajaa ja valmistavat tietä uudenlaisille sähköisesti ohjattaville muisti- ja logiikkapiirille. Nykytekniikan korvaajiksi he ehdottavat uudentyyppisiä materiaaleja, joilla voidaan saavuttaa 10-100 kertaa energiatehokkaampi piiritekniikka kuin CMOS-prosessissa.
Kyseessä on spintroninen logiikkarakenne, joka toimii magnetosähköisen vaihtokytkennän ja spin-orbit -toimisella tilan havainnoinnilla. Lisäksi sen haihtumattomuus mahdollistaa erittäin alhaisen tehonkulutuksen valmiustilassa.
Magneettissähköiset spin-kiertorata- tai MESO-piirirakenteet (magneto-electric spin-orbit) toisivat myös viisi kertaa enemmän logiikkaoperaatioita samaan tilaan kuin CMOS. MESO-piireissä, binääribittejä edustavat ylös- ja alassuuntaiset magneettiset spintilat.
Kyseinen materiaali tuli esiin jo vuonna 2001 UC Berkelyn materiaalitieteen ja -tekniikan ja fysiikan professori Ramamoorthy Rameshin tutkimuksissa. Nyt tutkijat raportoivat, että he ovat vähentäneet multiferroisissa materiaaleissa magneto-sähköiseen kytkentään tarvittavaa jännitettä 3 voltista 500 millivolttiin ja ennustavat, että pitäisi olla mahdollista pienentää tätä vielä 100 millivolttiin.
Multiferroiset ovat materiaaleja, joiden atomit voivat olla useammassa kuin yhdessä tilassa esimerkiksi kestomagneettien tapaan. Toisaalta ferrosähköisissä materiaaleissa atomien positiiviset ja negatiiviset varaukset ovat kompensoivia, muodostaen sähköisiä dipoleita, jotka kohdistuvat koko materiaaliin ja muodostavat pysyvän sähköisen momentin.
MESO tukeutuu moniferroiseen materiaaliin, joka koostuu vismutista, raudasta ja hapesta (BiFeO3), ja on siten sekä magneettista että ferrosähköistä. Sen keskeinen etu on, että nämä kaksi tilaa - magneettiset ja ferrosähköiset - ovat toisiinsa sidoksissa siten, että toisen muuttaminen vaikuttaa toiseen. Kun sähkökenttä kääntää dipolisähkökentän läpi materiaalin ja sitä kautta kääntyvät myös magneettikentän tuottavat elektronin spinit.
- Etsimme vallankumouksellisia eikä niinkään evolutionaarisia lähestymistapoja CMOS-aikakauden jättämiseen. MESO rakentuu pienjännitteisten keskinäiskytkentöjen ja magnetosähköisyyden ympärille ja tuo kvanttimateriaalien innovaatiota tietojenkäsittelyyn, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 11.1.2019
