Kitas trūkstamas komponentas gali pakeisti elektroniką

1971 m. Leonas Chua, jaunas elektronikos inžinierius iš Kalifornijos universiteto Berklyje, pradėjo kurti pagrindinę matematinę elektronikos sistemą. Jo teorija buvo pagrįsta ryšiais tarp krūvio, srovės, magnetinio srauto ir įtampos bei tuo, kaip šie elektromagnetiniai dydžiai kinta, kai jie praeina per pagrindinius rezistorių, kondensatorių ir induktorių grandinės elementus.

Srovė, einanti per rezistorių, sukuria įtampą. Esant tam tikrai įtampai, kondensatorius išsaugo tam tikrą įkrovos kiekį. O srovė, einanti per induktorių, sukuria magnetinį srautą. Tačiau Chua pamatė, kad kažko trūksta – ryšio tarp krūvio ir magnetinio srauto.

Jis teigė, kad egzistuoja prietaisas, susiejantis tuos du kiekius, kurį jis pavadino memristoriumi, tačiau daugiau nei 30 metų apie tai mažai galvojo. Tada, 2004 m., Hewlett-Packard laboratorijų mokslininkai paskelbė, kad jie sukūrė memristorių ir kad jis turi nepaprastą galimybę saugoti informaciją nenaudojant energijos. Tai buvo tarsi rezistorius su atmintimi.

Nuo tada ši komanda ir kiti supakavo memristorius į lustus, kad, be kita ko, imituotų, kaip žmogaus smegenys apdoroja informaciją. Kiti tyrėjai pradėjo ieškoti atminties kondensatorių ir meminduktorių, analogiškų kitų pasyviųjų elektroninių komponentų versijų.

Ši istorija kelia įdomų klausimą. Ar dar reikia atrasti kitų elektroninių elementų, ir jei taip, ką jie darytų?

Šiandien mes gauname atsakymą dėl Sungsik Lee darbo Pusano nacionaliniame universitete Pietų Korėjoje. Nors Chua sutelkė dėmesį į pasyvius elektroninius komponentus, tokius kaip rezistoriai ir kondensatoriai, Lee ištyrė aktyvių elektroninių komponentų, tokių kaip tranzistoriai, savybes. Jis sako aptikęs dar vieną spragą ir kad trūkstamas įrenginys, jei jį pavyks sukurti, turės didelių pasekmių elektronikos ateičiai.

Lee samprotavimai sutelkti į ryškiausią aktyvųjį elektroninį įrenginį: tranzistorių. Jis turi išvestį, kurią galima perjungti srovės arba įtampos įėjimu. Kitaip tariant, tranzistorius yra srovės įjungimo ir išjungimo būdas.

Tačiau nėra panašaus įrenginio įtampai perjungti. Jis imasi apibūdinti tokį įrenginį.

Tranzistoriai paima įvesties signalą ir perduoda jį į srovės išvestį, kaip kintamąjį rezistorių. Taigi pavadinimas - perdavimo ir rezistoriaus derinys. Priešingai, prietaisas, kurį jis įsivaizduoja, perkeltų įvesties signalą į įtampos išvestį, pavyzdžiui, kintamąjį kondensatorių. Taigi Lee tai vadina tranzitoriumi.

Toliau jis siūlo, kaip jį būtų galima panaudoti. Viena iš akivaizdžių programų yra susieti trancitorių ir tranzistorių, kad būtų sukurtos daug paprastesnės ir efektyvesnės energijos nei esamos konstrukcijos grandinės. Pavyzdžiui, Lee parodo, kaip būtų galima sukurti paprastą įtampos stiprintuvą naudojant vieną tranzistorių ir vieną tranzistorių. Priešingai, įprastinei šios grandinės versijai reikia keturių tranzistorių.

Lee toliau imituoja tokią grandinę ir sako, kad rezultatas yra mažesnis, mažiau energijos reikalaujantis ir greitesnis nei įprastos tik tranzistorių grandinės.

Tai turi didelę reikšmę elektroniniams įrenginiams. Tranzistorių-trancitorių grandinės užimtų žymiai mažiau vietos, naudotų mažiau energijos ir veiktų didesniu greičiu nei įprastos grandinės. Trancitoriai atneštų naują elektronikos paradigmą, sako Lee.

Tačiau yra svarbus neatsakytas klausimas – kaip sukurti trancitorių.

Lee sako, kad jo naujasis prietaisas galėtų veikti naudojant gerai žinomą Holo efektą, kuris sukuria įtampą per laidininką, kai magnetinis laukas veikia statmena srovei. Tačiau neaišku, kaip tai būtų galima panaudoti nanometrų skalėje su CMOS suderinamose grandinėse.

Šiuolaikinės elektroninės grandinės buvo optimizuotos per dešimtmečius, todėl bet kuris naujas įrenginys turėtų šiek tiek pasivyti.

Viena iš priežasčių, kodėl Chua memristorius užtruko taip ilgai, buvo ta, kad medžiagos savybės, leidžiančios jam veikti, gali būti manipuliuojamos tik atominiu mastu. Taigi dar palyginti neseniai nebuvo būdo to padaryti efektyviai.

Hall efektas tikrai veikia subatominių krūvininkų skalėje. Taigi dabar mums reikia tik iniciatyvaus elektronikos inžinieriaus, kuris surastų būdą, kaip sukurti tranzitorių ir jį panaudoti.

Nuoroda: arxiv.org/abs/1805.05842 : Trūksta aktyvaus įrenginio – trancitoriumi naujai elektronikos paradigmai

paslėpti