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【行业动态】美开发出量子材料元器件或颠覆当前CMOS技术

12月16日 12:00 分享到:

BiFeO3多铁材料结构示意图
    英特尔公司和美国加州大学伯克利分校的研究人员提出了一种新型的量子材料元器件,有可能颠覆当前的晶体管技术。这种器件是基于多铁性和拓扑材料制备的,其能量利用率是目前CMOS微处理器的10~100倍,逻辑运算速度也比CMOS高出5倍。该器件相关研究将有潜力继续支撑摩尔定律在芯片领域的适用性,并帮助自动驾驶汽车和无人机等智能技术的发展,帮助它们在低能耗的前提下实现强大的计算能力。

    这种名为磁电自旋轨道(magneto-electric spin-orbit,MESO)的新型器件是基于一种多铁性材料制备的,它利用多铁性材料中电子的上下磁自旋来存储二进制信息并进行逻辑运算。
    多铁性材料是指一种材料具有铁电性/反铁电性、铁磁性/反铁磁性、铁弹性等多种联合属性。此次研究提出的MESO器件基于BiFeO3构成的多铁性材料制造,这种材料同时具有铁磁性和铁电性。由于这种材料中磁性和铁电这两种状态是相互联系或耦合的,改变其中一种会影响另一种,通过操纵电场,可以改变磁场状态,使得用电场(E)翻转偶极子也会使磁矩翻转。研究表明,采用BiFeO3的电压控制磁开关,而材料原子的磁自旋状态可用于表示二进制比特。研究人员表示,在跨越CMOS时代的研究中,MESO以低压互连和低压磁电为基础,将量子材料的创新带入计算领域。目前研究已将多铁电磁电开关所需的电压从3伏降低到500毫伏,并预测应该可以将其降低到100毫伏,相当于目前使用的CMOS晶体管所需电压的1/5~1/10,而较低的电压意味着更少的能耗。
 
中科院武汉文献情报中心供稿