En anden manglende komponent kan revolutionere elektronik

Tilbage i 1971 begyndte Leon Chua, en ung elektronikingeniør ved University of California, Berkeley, at arbejde på en grundlæggende matematisk ramme for elektronik. Hans teori var baseret på forholdet mellem ladning, strøm, magnetisk flux og spænding og den måde, hvorpå disse elektromagnetiske størrelser varierer, når de passerer gennem de grundlæggende kredsløbselementer af modstande, kondensatorer og induktorer.

En strøm, der går gennem en modstand, skaber en spænding. For en given spænding lagrer en kondensator en vis mængde ladning. Og en strøm, der går gennem en induktor, genererer en magnetisk flux. Men Chua så, at der manglede noget - et forhold mellem ladning og magnetisk flux.

Han påstod eksistensen af ​​en enhed til at forbinde disse to mængder, som han kaldte en memristor, men han tænkte lidt over det i mere end 30 år. Så, i 2004, annoncerede forskere ved Hewlett-Packards laboratorier, at de havde skabt en memristor, og at den havde den ekstraordinære evne til at lagre information uden at bruge strøm. Det var som en modstand med hukommelse.

Siden da har dette hold og andre pakket memristorer i chips for blandt andet at simulere den måde, den menneskelige hjerne behandler information på. Og andre forskere er begyndt at søge efter memcapacitors og meminductors, analoge versioner af de andre passive elektroniske komponenter.

Denne historie rejser et interessant spørgsmål. Er der andre elektroniske elementer, der stadig skal opdages, og hvis ja, hvad ville de gøre?

I dag får vi et svar takket være Sungsik Lee's arbejde ved Pusan ​​National University i Sydkorea. Mens Chua fokuserede på passive elektroniske komponenter såsom modstande og kondensatorer, har Lee studeret egenskaberne af aktive elektroniske komponenter såsom transistorer. Han siger, at han har identificeret et andet hul - og at den manglende enhed, hvis den kan bygges, vil have dybtgående konsekvenser for elektronikkens fremtid.

Lees ræsonnement fokuserer på den mest fremtrædende aktive elektroniske enhed: transistoren. Den har en udgang, der kan skiftes af en strøm- eller spændingsindgang. Med andre ord er en transistor en måde at slå strøm til og fra.

Men der er ingen sammenlignelig enhed til at skifte en spænding. Han sætter sig for at beskrive en sådan enhed.

Transistorer tager et indgangssignal og overfører det til den aktuelle udgang, snarere som en variabel modstand. Deraf navnet - en kombination af overførsel og modstand. Derimod ville den enhed, han forestiller sig, overføre et inputsignal til en spændingsudgang, som en variabel kondensator. Så Lee kalder det en trancitor.

Han fortsætter med at foreslå, hvordan det kan bruges. En oplagt anvendelse er at parre en transitor og en transistor for at skabe kredsløb, der er langt enklere og mere energieffektive end eksisterende designs. For eksempel viser Lee, hvordan det ville være muligt at skabe en simpel spændingsforstærker ved hjælp af en enkelt transitor og en enkelt transistor. I modsætning hertil kræver en konventionel version af dette kredsløb fire transistorer.

Lee fortsætter med at simulere et sådant kredsløb og siger, at resultatet er mindre, mindre strømkrævende og hurtigere end konventionelle transistorkredsløb.

Det har betydelige konsekvenser for elektroniske enheder. Transistor-transitor-kredsløb ville optage betydeligt mindre plads, bruge mindre strøm og arbejde ved højere hastigheder end konventionelle kredsløb. Trancitors ville bringe et nyt paradigme af elektronik, siger Lee.

Men der er et vigtigt ubesvaret spørgsmål - hvordan man bygger en trancitor.

Lee siger, at hans nye enhed kunne fungere ved at anvende den velkendte Hall-effekt, som producerer en spænding over en leder, når et magnetfelt påføres i en retning vinkelret på strømmen. Men hvordan dette kunne udnyttes på nanometerskala i CMOS-kompatible kredsløb er ikke klart.

Nutidens elektroniske kredsløb er blevet optimeret gennem årtier, så enhver ny enhed ville have lidt at indhente.

En af grundene til, at Chuas memristor tog så lang tid at finde, var, at de materialeegenskaber, der tillader den at arbejde, kun kan manipuleres på atomær skala. Så der var ingen måde at lave en effektivt på før relativt for nylig.

Hall-effekten virker bestemt på skalaen af ​​subatomære ladningsbærere. Så alt, hvad vi mangler nu, er en initiativrig elektronikingeniør til at finde en måde at bygge en transcitor på og tage den i brug.

Ref: arxiv.org/abs/1805.05842 : En manglende aktiv enhed – transitor til et nyt paradigme af elektronik

skjule