Moderna datorer är baserade på logiska kretsar som använder halvledartransistorer. För att öka datorkraften, mindre transistorer krävs. Moores lag säger att antalet transistorer som kan passa på en integrerad krets bör fördubblas vartannat år på grund av skalning. Men när transistorer når atomära dimensioner, att uppnå denna bedrift blir allt svårare. En av de viktigaste utmaningarna är värmeavledning från kretsar skapade med dagens standardhalvledarteknik, komplementär metalloxidhalvledare (CMOS), som avger mer värme när fler transistorer tillsätts. Detta gör CMOS oförmöget att stödja framtidens datorer.
Ingenjörer söker därför alternativ till CMOS som skulle möjliggöra högeffektiva datorlogikkretsar som genererar mycket mindre värme. Forskare från Northwestern University kan ha hittat en lösning:en helt ny logikkretsfamilj baserad på magnetiska halvledarenheter. Framsteg kan leda till logiska kretsar som är upp till 1 miljon gånger mer energieffektiva än dagens.
Till skillnad från traditionella integrerade kretsar, som består av en samling miniatyrtransistorer som arbetar på ett enda stycke halvledare, de så kallade "spin-logikkretsarna" använder kvantfysikfenomenet spin, en grundläggande egenskap hos elektronen.
"Vad vi har utvecklat är en enhet som kan konfigureras i en logisk krets som kan utföra all nödvändig boolesk logik och som kan kaskadkopplas för att utveckla sofistikerade funktionsenheter, sade Bruce W. Wessels, Walter P. Murphy professor i materialvetenskap och teknik vid Northwesterns McCormick School of Engineering and Applied Science och en av tidningens författare. "Vi använder "spintroniska" logiska enheter för att framgångsrikt utföra samma operationer som en konventionell CMOS-krets men med färre enheter och mer datorkraft."
Spin-logikkretsarna skapas med magnetoresistiva bipolära spin-transistorer, nyligen patenterad av forskarna.
Ett papper som beskriver resultaten, "Emitterkopplad spin-transistorlogik, " presenterades den 5 juli vid International Symposium on Nanoscale Architectures som hölls i Nederländerna. Ytterligare nordvästra författare inkluderar doktoranden Joseph Friedman, tidningens huvudförfattare; Gokhan Memik, docent i elektroteknik och datavetenskap; och Alan Sahakian, professor i elektroteknik och datavetenskap.
Den nya logikfamiljen, som drar fördel av de magnetiska egenskaper som är förknippade med elektronspin, kan resultera i en dator som är 1 miljon gånger mer energieffektiv än de som finns på marknaden idag. Även om den prestationen är optimistisk och kan ta ett decennium att inse, "Vi tror att det här är potentiellt banbrytande, sa Friedman.
