En annen manglende komponent kan revolusjonere elektronikken

Tilbake i 1971 begynte Leon Chua, en ung elektronikkingeniør ved University of California, Berkeley, å jobbe med et grunnleggende matematisk rammeverk for elektronikk. Teorien hans var basert på forholdet mellom ladning, strøm, magnetisk fluks og spenning og måten disse elektromagnetiske mengdene varierer når de passerer gjennom de grunnleggende kretselementene til motstander, kondensatorer og induktorer.

En strøm som går gjennom en motstand skaper en spenning. For en gitt spenning lagrer en kondensator en viss mengde ladning. Og en strøm som går gjennom en induktor genererer en magnetisk fluks. Men Chua så at noe manglet - en sammenheng mellom ladning og magnetisk fluks.

Han antok eksistensen av en enhet for å koble disse to mengdene, som han kalte en memristor, men han tenkte lite på det i mer enn 30 år. Så, i 2004, kunngjorde forskere ved Hewlett-Packards laboratorier at de hadde laget en memristor og at den hadde den ekstraordinære evnen til å lagre informasjon uten å bruke strøm. Det var som en motstand med minne.

Siden den gang har dette teamet og andre pakket memristorer inn i brikker for å simulere blant annet måten den menneskelige hjernen behandler informasjon på. Og andre forskere har begynt letingen etter memkapasitorer og meminduktorer, analoge versjoner av de andre passive elektroniske komponentene.

Denne historien reiser et interessant spørsmål. Er det andre elektroniske elementer som fortsatt må oppdages, og i så fall, hva ville de gjort?

I dag får vi svar takket være arbeidet til Sungsik Lee ved Pusan ​​National University i Sør-Korea. Mens Chua fokuserte på passive elektroniske komponenter som motstander og kondensatorer, har Lee studert egenskapene til aktive elektroniske komponenter som transistorer. Han sier at han har identifisert et annet gap - og at den manglende enheten, hvis den kan bygges, vil ha dype konsekvenser for elektronikkens fremtid.

Lees resonnement fokuserer på den mest fremtredende aktive elektroniske enheten: transistoren. Den har en utgang som kan byttes av en strøm- eller spenningsinngang. En transistor er med andre ord en måte å slå strøm av og på.

Men det er ingen sammenlignbar enhet for å bytte spenning. Han tar sikte på å beskrive en slik enhet.

Transistorer tar et inngangssignal og overfører det til strømutgangen, snarere som en variabel motstand. Derav navnet - en kombinasjon av overføring og motstand. Derimot vil enheten han forestiller seg overføre et inngangssignal til en spenningsutgang, som en variabel kondensator. Så Lee kaller det en transitor.

Han fortsetter med å foreslå hvordan det kan brukes. En åpenbar applikasjon er å pare en transitor og en transistor for å lage kretser som er langt enklere og mer energieffektive enn eksisterende design. For eksempel viser Lee hvordan det ville være mulig å lage en enkel spenningsforsterker ved å bruke en enkelt transitor og en enkelt transistor. Derimot krever en konvensjonell versjon av denne kretsen fire transistorer.

Lee fortsetter med å simulere en slik krets og sier at resultatet er mindre, mindre strømkrevende og raskere enn konvensjonelle transistorkretser.

Det har betydelige implikasjoner for elektroniske enheter. Transistor-transitor-kretser vil ta opp betydelig mindre plass, bruke mindre strøm og arbeide med høyere hastigheter enn konvensjonelle kretser. Trancitors ville bringe et nytt paradigme av elektronikk, sier Lee.

Men det er et viktig ubesvart spørsmål - hvordan bygge en transitor.

Lee sier at den nye enheten hans kan fungere ved å bruke den velkjente Hall-effekten, som produserer en spenning over en leder når et magnetfelt påføres i en retning vinkelrett på strømmen. Men hvordan dette kan utnyttes på nanometerskala i CMOS-kompatible kretser er ikke klart.

Dagens elektroniske kretser har blitt optimalisert over flere tiår, så enhver ny enhet vil ha noe å ta igjen.

En grunn til at Chuas memristor tok så lang tid å finne, var at materialegenskapene som gjør at den kan fungere, bare kan manipuleres på atomskala. Så det var ingen måte å lage en effektivt på før relativt nylig.

Hall-effekten fungerer absolutt på skalaen til subatomære ladningsbærere. Så alt vi trenger nå er en driftig elektronikkingeniør for å finne en måte å bygge en transitor og ta den i bruk.

Ref: arxiv.org/abs/1805.05842 : En manglende aktiv enhet – transitor for et nytt paradigme for elektronikk

gjemme seg