Các oxit phức tạp có thể cung cấp năng lượng cho các máy tính của tương lai

Các oxit phức tạp có thể cung cấp năng lượng cho các máy tính của tương lai

    Các oxit phức tạp có thể cung cấp năng lượng cho các máy tính của tương lai

    Đây là những thiết bị cho các kiến trúc máy tính 'ngoài CMOS được tạo bởi công việc Van Rijn (bảng trên) và Anouk Goossens (bảng dưới). Nguồn: Banerjee Group, Đại học Groningen

    Complex oxides could power the computers of the future


    Khi sự phát triển của các vi mạch tiêu chuẩn sắp kết thúc, các nhà khoa học đang tìm kiếm một cuộc cách mạng. Những thách thức lớn là thiết kế các chip tiết kiệm năng lượng hơn và thiết kế các thiết bị kết hợp bộ nhớ và logic (memristors). Các nhà khoa học vật liệu từ Đại học Groningen, Hà Lan, mô tả trong hai bài báo làm thế nào các oxit phức tạp có thể được sử dụng để tạo ra các thiết bị Spin-Orbit điện từ (MESO) rất hiệu quả năng lượng và các thiết bị ghi nhớ với kích thước giảm.

    Sự phát triển của các máy tính dựa trên silicon cổ điển đang tiếp cận các giới hạn của nó. Để đạt được sự thu nhỏ hơn nữa và để giảm mức tiêu thụ năng lượng, các loại vật liệu và kiến trúc khác nhau được yêu cầu.

    Tamalika Banerjee, giáo sư SPORTRONICS về vật liệu chức năng tại Viện Vật liệu Nâng cao Zernike, Đại học Groningen, đang xem xét một loạt các vật liệu lượng tử để tạo ra các thiết bị mới này. "Cách tiếp cận của chúng tôi là nghiên cứu các vật liệu này và giao diện của chúng, nhưng luôn luôn để mắt đến các ứng dụng, chẳng hạn như bộ nhớ hoặc sự kết hợp giữa bộ nhớ và logic."

    Hiệu quả hơn
    Nhóm Banerjee trước đây đã chứng minh làm thế nào strontium titanate pha tạp có thể được sử dụng để tạo ra các memristor, kết hợp bộ nhớ và logic. Gần đây, họ đã xuất bản hai bài báo về các thiết bị 'ngoài CMO,' các chất bán dẫn oxit kim loại bổ sung là các khối xây dựng của các chip máy tính ngày nay.

    Một ứng cử viên để thay thế CMOS là thiết bị Spin-Orbit điện từ (MESO), có thể hiệu quả hơn 10 đến 30 lần. Một số vật liệu đã được điều tra về sự phù hợp của họ trong việc tạo ra một thiết bị như vậy. Công việc Van Rijn, bằng tiến sĩ. Sinh viên trong nhóm Banerjee, là tác giả đầu tiên của một bài báo về đánh giá vật lý B xuất bản vào tháng 12 năm 2022, mô tả cách Strontium Manganate (SRMNO3 hoặc SMO viết tắt) có thể là một ứng cử viên tốt cho các thiết bị meso.

    Van Rijn giải thích: "Đây là một vật liệu đa năng mà các kết hợp các hiệu ứng dựa trên điện tích và các hiệu ứng dựa trên điện tích", Van Rijn giải thích. SPINTRONICS dựa trên spin (khoảnh khắc từ tính) của các electron.

    Banerjee nói, "Thứ tự từ tính và điện tích được ghép nối trong vật liệu này, vì vậy chúng ta có thể chuyển đổi từ tính bằng điện trường và phân cực với từ trường." Và quan trọng, những hiệu ứng này có mặt ở nhiệt độ gần với nhiệt độ phòng. Van Rijn đang điều tra sự kết hợp mạnh mẽ giữa hai hiệu ứng. "Chúng tôi biết rằng Ferromagnetism và Ferroelectricity có thể điều chỉnh bằng cách làm căng một màng SMO mỏng. Sự căng thẳng này được thực hiện bằng cách phát triển các bộ phim trên các chất nền khác nhau."

    Sự căng thẳng
    Van Rijn nghiên cứu làm thế nào chủng gây ra tính điện trong vật liệu và cách nó tác động đến thứ tự từ. Ông đã phân tích các miền trong các màng căng và nhận thấy rằng các tương tác từ tính phụ thuộc rất nhiều vào cấu trúc tinh thể và đặc biệt, vào các vị trí trống oxy, sửa đổi hướng ưa thích của thứ tự từ.

    "Các thí nghiệm vận chuyển spin dẫn chúng tôi đến kết luận rằng các miền từ tính đóng vai trò tích cực trong các thiết bị được tạo ra từ vật liệu này. Do đó, nghiên cứu này là bước đầu tiên trong việc thiết lập khả năng sử dụng tiềm năng của strontium manganate cho kiến trúc điện toán mới."

    Vào ngày 14 tháng 2, nhóm Banerjee đã xuất bản một bài báo thứ hai về các thiết bị 'ngoài CMO,' trong tạp chí Vật liệu điện tử tiên tiến. Bằng tiến sĩ. Sinh viên Anouk Goossens là tác giả đầu tiên của bài viết này về việc thu nhỏ các memristor dựa trên strontium titanate pha tạp Niobium (SRTIO3 hoặc STO). "Số lượng thiết bị trên một đơn vị diện tích bề mặt là quan trọng", Goossens nói. "Nhưng một số loại memristor rất khó hạ thấp."

    Goossens trước đây cho thấy rằng có thể tạo các thiết bị 'logic-in-memory' bằng STO. Bài báo mới nhất của cô cho thấy rằng có thể hạ thấp các thiết bị này. Một vấn đề phổ biến với Memristors là hiệu suất của họ bị ảnh hưởng tiêu cực bởi sự thu nhỏ. Đáng ngạc nhiên, làm cho các memristor nhỏ hơn từ STO làm tăng sự khác biệt giữa tỷ lệ điện trở cao và thấp.

    "Chúng tôi đã nghiên cứu vật liệu bằng kính hiển vi điện tử truyền tải quét và nhận thấy sự hiện diện của một số lượng lớn chỗ trống oxy tại giao diện giữa chất nền và điện cực của thiết bị", Goossens nói. "Sau khi chúng tôi áp dụng điện áp điện, chúng tôi nhận thấy chuyển động trống oxy, đây là yếu tố chính trong việc kiểm soát các trạng thái kháng thuốc."

    Thiết kế mới
    Kết luận là kết quả hiệu suất nâng cao từ các hiệu ứng cạnh, có thể xấu cho bộ nhớ bình thường. Nhưng trong STO, điện trường tăng ở các cạnh thực sự hỗ trợ chức năng của memristor. "Trong trường hợp của chúng tôi, cạnh là thiết bị," Goossens kết luận. "Ngoài ra, các thuộc tính chính xác phụ thuộc vào lượng doping niobi, do đó vật liệu có thể điều chỉnh cho các mục đích khác nhau."

    Tóm lại, cả hai bài báo Publis Hed của nhóm cho thấy cách hướng tới các kiến trúc điện toán tiểu thuyết. Thật vậy, Sto Memristors đã truyền cảm hứng cho các đồng nghiệp của Goossens và Banerjee tại Viện Toán học, Khoa học Máy tính và Trí tuệ Nhân tạo và Trí tuệ nhân tạo (Hệ thống nhận thức và Trung tâm Vật liệu của Groningen), những người đã đưa ra một thiết kế mới cho kiến trúc bộ nhớ mới .

    "Đây chính xác là những gì chúng tôi đang làm việc," Banerjee nói. "Chúng tôi muốn hiểu vật lý của vật liệu và cách thức mà các thiết bị của chúng tôi hoạt động và sau đó phát triển các ứng dụng." Goosens: "Chúng tôi hình dung một số ứng dụng và ứng dụng chúng tôi đang xem là một trình tạo số ngẫu nhiên hoạt động mà không có thuật toán và do đó không thể dự đoán được."

    Zalo
    Hotline