美國橡樹嶺實驗室（ORNL）的研究發(fā)現(xiàn)，一類復雜的氧化物能夠自我組織成電路。該發(fā)現(xiàn)有望應用于制造新的非硅基電腦芯片。
圖片來源：橡樹嶺國家實驗室
美國橡樹嶺國家實驗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，著重研究了一種復合金屬氧化物納米材料的獨特性質(zhì)。這一性質(zhì)將有望讓信息產(chǎn)業(yè)邁進非硅基時代，而論文也因此登上了期刊封面。
科學家們在研究中發(fā)現(xiàn)，一種單晶復合氧化物在微米/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)，進而可以實現(xiàn)多組件電路的功能?？蒲腥藛T利用此特征，提出了復雜的多組件電路的設想。
ORNL 的扎克·沃德（Zac Ward）是這篇論文的作者之一。他認為新材料最吸引人的地方是同一材料內(nèi)部同時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”，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磁場，也可以對電場做出響應，這讓人們看到了新型計算機芯片的可能。
沃德說道：“這是一條電子元件全新的設計思路，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。在這種新的設計框架下，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合信號實現(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，這將進一步推動邁向非硅基芯片時代的進程。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)實際應用調(diào)整優(yōu)化芯片結(jié)構(gòu)。
沃德認為傳統(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）的材料上進行，沃德強調(diào)還有很多其他性質(zhì)的相分離材料可以挖掘。
硅基時代的芯片，人們總是嘗試用同一種類型的芯片來適應所有的需求。而隨著計算機往超算、桌面電腦、移動手機的不同方向分化，新的材料能夠根據(jù)不同的硬件應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隊的終極目標。
