Сложный материал с изменяемыми свойствами может стать основой для многофункциональных чипов и процессоров

Исследователи из Национальной лаборатории Ок-Ридж, занимающиеся изучением поведения наноразмерных материалов, обнаружили материал, способный формировать в его пределах области с различными свойствами. Эти области имеют некоторое сходство с базовыми электронными компонентами и из них динамически можно формировать электронные схемы, что позволит микропроцессорам будущих поколений обрести функциональность, находящуюся далеко за гранями возможностей современных микропроцессоров и чипов.

Чудо-материал, на изучении которого сосредоточились исследователи, имеет название LPCMO и он представляет собой сложное окисное соединение, имеющее кристаллическую решетку одноатомной толщины. Когда этот материал разделается на частицы микро- и наноразмерного уровня, эти частицы обретают различные электронные и магнитные свойства из-за явления, называемого фазовым разделением.

"Во время исследований мы обнаружили, что и в пределах больших частей материала могут существовать так называемые фазовые "карманы", участки, где один и тот же материал имеет различные электронные и магнитные свойства" - рассказывает Зак Вард (Zac Ward), один из ведущих исследователей, - "Эти области, действующие как электронные элементы, которые могут быть соединены друг с другом. Это открывает широкие возможности для создания программируемых и перезаписываемых электронных схем, которые будут находиться прямо на кристаллах микропроцессоров, значительно расширяя их функциональные возможности".

Исследуемый материал изменяет свою фазу в ответ на воздействие внешних магнитных и электрических полей, что позволит создавать электронные схемы при помощи достаточно широкого ряда комбинаций вышеуказанных факторов. "Это совершенно новый подход к формированию электронных схем, которые будут "помогать" микропроцессорам выполнять высокоскоростную обработку сигналов и цифровой информации" - рассказывает Зак Вард, - "Такой новый подход потребует разработки новой многофункциональной архитектуры микропроцессоров, которые смогут обрабатывать одновременно и аналоговые сигналы и информацию в цифровом виде".

Наличие возможности динамического формирования схем позволит микропроцессору быстро адаптироваться под особенности решаемой им в данный момент задачи. Путем программирования местоположения и свойств фазовых областей микропроцессор сможет создать столько аналоговых и цифровых входов для ввода данных и сигналов, сколько ему нужно в данный момент времени. Кроме входов на пластине материала могут быть созданы усилители, фильтры, логические и другие элементы, выполняющие предварительную обработку поступающих сигналов.

"В обычных условиях для обработки процессором множества сигналов различного типа на плате компьютера или контроллера создаются несколько соответствующих сигналам входных цепей" - рассказывает Зак Вард, - "Новый материал позволит "загнать" это все внутрь чипа, что позволит существенно сократить размеры устройства, его стоимость и количество потребляемой электрической энергии".

В своих дальнейших исследованиях ученые из Ок-Ридж планируют изучить свойства ряда других сложных материалов, которые должны демонстрировать поведение, схожее с поведением материала LPCMO. И, вполне вероятно, что им удастся найти окончательный вариант материала, который будет удовлетворять ряду требований, необходимых для успешного использования материала в условиях массового промышленного производства.