Uusi materiaali voisi parantaa tietokoneen käsittelyn ja muistin tehokkuutta

Anonim

Minnesotan yliopiston johtama tutkijoiden ryhmä on kehittänyt uuden materiaalin, joka voisi mahdollisesti parantaa tietokoneen prosessoinnin ja muistin tehokkuutta. Tutkijat ovat hakeneet patenttia aineistosta puolijohdeteollisuuden tutkimuslaitoksen tukemana, ja puolijohdeteollisuuden ihmiset ovat jo vaatineet näytteitä materiaalista.

Tulokset julkaistaan Luonnossa.

"Käytimme kvanttimateriaalia, joka on viime vuosina herättänyt puolijohdeteollisuuden paljon huomiota, mutta loi sen ainutlaatuisella tavalla, mikä johti materiaaliin, jossa oli uusia fysikaalisia ja spin-sähköisiä ominaisuuksia, jotka voisivat suuresti parantaa tietojenkäsittelyn ja muistin tehokkuutta, "sanoo johtava tutkija Jian-Ping Wang, Minnesotan yliopisto Distinguished McKnight professori ja Robert F. Hartmann puheenjohtaja sähkötekniikasta.

Uusi materiaali on materiaaliluokassa "topologiset eristimet", joita fysiikka ja materiaalitutkimusyhteisöt ja puolijohdeteollisuus ovat viime aikoina tutkineet niiden ainutlaatuisen spin-elektronisen kuljetuksen ja magneettisten ominaisuuksien vuoksi. Topologiset eristeet valmistetaan tavallisesti käyttäen yhtä kristallinkasvua. Toinen yhteinen valmistusmenetelmä käyttää menetelmää, jota kutsutaan Molecular Beam Epitaxyksi, jossa kiteitä kasvatetaan ohutkalvossa. Molempia näistä tekniikoista ei voida helposti laajentaa käytettäväksi puolijohdeteollisuudessa.

Tässä tutkimuksessa tutkijat aloittivat vismutti-selenidillä (Bi2Se3), vismutin ja seleenin yhdistelmällä. Sitten he käyttivät ohutkalvon kerrostamistekniikkaa, jota kutsutaan "sputteroimaksi", jota ohjaa jumittumien välinen vaihtuminen kohdeaineiden ionien ja atomien välillä törmäysten vuoksi. Vaikka sputterointitekniikka on yleistä puolijohdeteollisuudessa, tämä on ensimmäinen kerta, kun sitä on käytetty luomaan topologinen eristemateriaali, joka voitaisiin skaalata puolijohde- ja magneettiteollisuuden sovelluksiin.

Kuitenkin se, että sputterointitekniikka toimi, ei ollut kaikkein yllätys osa kokeilua. Niukkokoiset, vähemmän kuin 6 nanometrin nanometriä olevat sputteroitu topologinen eristyskerros loivat fysikaaliset ominaisuudet fysikaalisille materiaaleille, jotka muuttuivat elektronien käyttäytymistä materiaalissa. Uuden aineiston testauksen jälkeen tutkijat löysivät sen olevan 18 kertaa tehokkaampi prosessoinnin ja muistin laskennassa verrattuna nykyisiin materiaaleihin.

"Kun jyvien koko vähentyi, kokosimme sen, mitä kutsumme" kvanttirajoitukseksi ", jossa materiaalien elektronit toimivat eri tavoin antaen meille entistä enemmän kontrollia elektronien käyttäytymiseen", kertoi Tony Low, Minnesotan yliopiston assistentti sähkö- ja tietotekniikan professori.

Tutkijat tutkivat materiaalia käyttämällä Minnesotan yliopiston ainutlaatuista korkean erotuskyvyn transmissioelektronimikroskopiaa (TEM), mikroskooppitekniikkaa, jossa elektronien säde lähetetään näytteen läpi kuvan muodostamiseksi.

"Kehittyneen poikkeaman korjattua skannausmenetelmää käyttäen onnistuttiin tunnistamaan ne nanokokoiset jyvät ja niiden liitännät elokuvaan", sanoi Minnesotan yliopiston molekyylitekniikan ja materiaalitutkimuksen professori Andre Mkhoyan.

Tutkijat sanovat, että tämä on vasta alkua ja että tämä keksintö voisi avata oven parempaan kehitykseen puolijohdeteollisuudessa samoin kuin siihen liittyvillä aloilla, kuten magneettisen satunnaisen muistin (MRAM) tekniikalla.

"Näiden materiaalien uusi fysiikka voisi tulla monille uusille sovelluksille", kertoi Mahendra DC (Dangi Chhetri), paperin ensimmäinen kirjailija ja fysiikan tohtori. opiskelija professori Wangin laboratoriossa.

Wang on samaa mieltä siitä, että tämä huippututkimus voisi vaikuttaa suuresti.

"Sputterointimenetelmän käyttäminen kvanttimateriaalin, kuten vismutti-selenidipohjaisen topologisen eristeen valmistamiseksi, on kaikkien alan tutkijoiden intuitiivisia vaistoja vastaan, eikä mikään olemassa oleva teoria tue itse asiassa", Wang sanoi. "Neljä vuotta sitten, kun puolijohdetutkimusyhdistys ja puolustus Advanced Research Projects Agency tukivat voimakkaasti, aloitimme suuren idean etsiä käytännöllistä reittiä kasvattaaksemme ja soveltaaksemme topologista eristemateriaalia tulevaisuuden laskentaan ja muistilaitteisiin. kokeellinen löytö johti uuden teorian topologisiin eristemateriaaleihin.

"Tutkimus koskee kärsivällisyyttä ja yhteistyötä tiimin jäsenten kanssa. Tällä kertaa ison palkan maksaminen", Wang sanoi.

menu
menu