美國橡樹嶺實(shí)驗(yàn)室（ORNL）的研究發(fā)現(xiàn)，一類復(fù)雜的氧化物能夠自我組織成電路。該發(fā)現(xiàn)有望應(yīng)用于制造新的非硅基電腦芯片。
圖片來源：橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室
美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的科研人員近日在《Advanced Electronic Materials》期刊上發(fā)表了一篇最新的論文，著重研究了一種復(fù)合金屬氧化物納米材料的獨(dú)特性質(zhì)。這一性質(zhì)將有望讓信息產(chǎn)業(yè)邁進(jìn)非硅基時(shí)代，而論文也因此登上了期刊封面。
科學(xué)家們在研究中發(fā)現(xiàn)，一種單晶復(fù)合氧化物在微米/納米尺寸下能通過相分離（phase separation）使得材料內(nèi)部的極小區(qū)域具有不同的電磁性質(zhì)，進(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)多組件電路的功能。科研人員利用此特征，提出了復(fù)雜的多組件電路的設(shè)想。
ORNL 的扎克·沃德（Zac Ward）是這篇論文的作者之一。他認(rèn)為新材料最吸引人的地方是同一材料內(nèi)部同時(shí)存在著具有不同的電磁性質(zhì)“相區(qū)”（phases），這些相區(qū)可以被看成是電路中不同的元器件。此外，通過這些相區(qū)能夠被“移動(dòng)”，為電路的“可擦寫”提供了可能性。
新材料的特殊性使其既可以對(duì)磁場，也可以對(duì)電場做出響應(yīng)，這讓人們看到了新型計(jì)算機(jī)芯片的可能。
沃德說道：“這是一條電子元件全新的設(shè)計(jì)思路，我們將不僅僅是通過電場來控制數(shù)位的開關(guān)，用這么最“原始”的方法來控制電路。在這種新的設(shè)計(jì)框架下，所有的功能性元件將被整合到單一材料中，然后通過整合后的外部復(fù)合信號(hào)實(shí)現(xiàn)控制。”
雖然ORNL的“多功能芯片”尚處在理論研究階段，但是他給飛速發(fā)展的信息產(chǎn)業(yè)提供了一條全新的思路，這將進(jìn)一步推動(dòng)邁向非硅基芯片時(shí)代的進(jìn)程。多功能芯片意味著能夠處理不同的輸入輸出，并且能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用調(diào)整優(yōu)化芯片結(jié)構(gòu)。
沃德認(rèn)為傳統(tǒng)芯片是將不同功能的芯片集成到一塊主板上，而新材料則是通過材料本身的不同“相區(qū)”來實(shí)現(xiàn)不同功能。這可以大大降低芯片的尺寸和功耗。目前的研究都是在一種叫LPCMO（鑭La 鐠Pr 鈣Ca 錳Mn 氧O五種元素符號(hào)）的材料上進(jìn)行，沃德強(qiáng)調(diào)還有很多其他性質(zhì)的相分離材料可以挖掘。
硅基時(shí)代的芯片，人們總是嘗試用同一種類型的芯片來適應(yīng)所有的需求。而隨著計(jì)算機(jī)往超算、桌面電腦、移動(dòng)手機(jī)的不同方向分化，新的材料能夠根據(jù)不同的硬件應(yīng)用的需求來最大程度提高芯片的性能，這是也沃德他們科研團(tuán)隊(duì)的終極目標(biāo)。
