האורביטרוניקה עשוייה להאריך חיי טכנולוגית הסיליקון

עם זאת, האורביטרוניקה עשוייה לשמר את ההשקעות בטכנולוגית הסיליקון גם לאחר שהטכנולוגיה של היום תגיע לקצה גבול יכולתה

אבי בליזובסקי

מעבדת יבמ בסטנפורד

קישור ישיר לדף זה: https://www.hayadan.org.il/orbitroics0805.html

במשך כארבעים שנה, הצליחה תעשיית המוליכים למחצה בהתמדה לכווץ את הרכיבים האלקטרוניים על שבב סיליקון, ולספק הרבה יותר ביצועים למחשבים. כעת, חוקי הפיסיקה הבסיסיים מגבילים את ההתפתחות והדבר מחייב את התעשיה לבצע מחקרים כדי למצוא חלופות. במאמר שפורסם ב-1 באוגוסט בגרסה המקוונת של כתב העת פיסיקל רוויו לטרס (PRL), הציגו פיסיקאים מאוניברסיטת סטנפורד את ה”אורביטרוניקה”, חלופה לאלקטרוניקה הקונבנציונלית שיום אחד תוכל לאפשר למדענים לעקוף את הגבול המפחיד הזה ועדיין להשתמש בסיליקון הזול והמוכר. “מיזעור השבבים של ימנו מוגבל בגלל פיזור האור” אומר שונצ'נג' זאנג Shoucheng Zhang, פרופסור לפיסיקה, פיסיקה יישומית ובמקרה גם מהנדס אלקטרוניקה, השותף לכתיבת המאמר ב-PRL. “עד 40 אחוזים מהכוח החשמלי במעגלים אובד בשל זליגת חום, דבר שגורם למיזעור להיות משימה אסורה.

“ספינטרוניקה”
בשנים האחרונות המחקר למציאת חלופות למוליכים למחצה הנוכחיים הסתכם בגילוי של ננוטכנולוגיה הכמונה “ספינטרוניקה”, המשתמשת בתכונת האלקטרון “ספין” כדי לייצר סוג חדשני של זרם שמעגלים משולבים יכולים לעבד כמידע. הספין מתייחס לדרך שבה האלקטרון מסתובב סביב צירו, בדומה לסיבוב כדור הארץ. בשנת 2003 הראו זאנג ועמיתיו באוניברסיטת טוקיו כי ייצור וטיפול בזרם ספינים של אלקטרונים מסודרים בתוך שדה חשמלי לא יגרום לשום אובדן באמצעות חום – טכניקה הקרויה ספינטרוניקה. כעת משמש זאנג מנהל משותף במרכז המדע והיישום של הספינטרוניקה של יבמ בסטנפורד, ביחד עם פרופ' ג'יימס האריס (Harris ) מסטנפורד ועמית חוקר מיבמ בשם סטיוארט פארקין (Parkin). המרכז שנוסד בשנת 2004 מבצע מחקרים ביישומים רבים של ספינטרוניקה, לרבות מוליכות על בטמפרטורת החדר ומיחשוב קוונטי.

לשחק מלאכים
למרות כל הפוטנציאל שלה, החסכון של הספינטרוניקה היא שהיא אינה עובדת עם אטומים קלים יותר כמו צורן (סיליקון), שאותו מעדיפה תעשיית המיקרואלקטרוניקה. בפתיחה למחקר החדש של זאנג במאמר ב-PRL, הוא והדוקטורנטים אנדרי ברנויג וטיילור יוז הראו כיצד, בתיאוריה, יכול סיליקון להשתמש בטכנולוגיה קרובה שהם מכנים אורביטרוניקה. באמצעות שימוש באורביטרוניקה, אמר זאנג, יוכלו יצרני השבבים להנות מהספינטרוניקה בלי לזנוח את הסיליקון. הן האורביטרוניקה והן הספינטרוניקה מעורבים בתכונה פיסיקלית הקרויה תנע זויתי, תכונה הקיימת בכל מסה הנעה סביב נקודה קבועה, בין אם זה כדור או אלקטרון.
כמו זרם חשמלי הנוצר מזרימה של אלקטרונים טעונים שלילית במעגלים המשולבים הקונבנציונליים של ימנו, הזרם הסיבובי יהיה מורכב מזרימת אלקטרונים ביחד עם התנע הזויתי שלהם בהתאמה במעגל האורביטרוני. “אם אתם דוחפים את האלקטרונים קדימה בתוך שדה חשמלי, הזרם האורבטלי ימצא במאאונך לזרם החשמלי הזה.” אמר זאנג. “הוא לא ישא מטען, אלא את התנע הזויתי ההקפי במאונך לכיוון שבו האלקטרונים נעים. לפיכך, הוא מסביר, באמצעות האורביטרוניקה, הסיליקון יהיה עדיין יספק זרם שימושי בלי לאבד את החום בטמפרטורת החדר. כמה טכנולוגיות חלופיות דורשות טמפרטורות קרות שקשות לתפעול ויקרות לתחזוקה.” הוסיף.

“מהתיאוריה ליישום”
החוקרים הצביעו על כך שהאורביטרוניקה עדיין צריכה לעבור פיתוח ארוך עד שתהפוך לטכנולוגיה יישומית בתעשיית המוליכים למחצה. “זה כל כך חדש” אמר זאנג. “כאשר משהו מתגלה לראשונה, קשה לומר כמה קשיים עוד ייערמו בדרך לעולם המעשי.” הוסיף. האריס מסכים איתו. אף אחת מההבטחות של הספינטרוניקה לא תתקיים לפחות בעשור הקרוב עד שהטכנולוגיה תהפוך לטכנולוגיה מסחרית בוגרת. זה לא הולך לקרות מיד, גם אם הצלחנו לעבור את השלבים עד כה.” אמר.
ואולם אם האורביטרוניקה תוכח ככדאית מהבחינה הכלכלית כטכנולוגיית ייצור, הדבר יהווה יתרון לתעשייה שתוכל להישאר עם הסיליקון.” אמר זאנג. “קיימות השקעות עתק בייצור סיליקון.” אמר. “לא נוכל להחליף בן לילה לחומר חדש.”

.”
להודעה לעיתונות של אוניברסיטת סטנפורד

ידען הפיסיקה

https://www.hayadan.org.il/BuildaGate4/general2/data_card.php?Cat=~~~233206195~~~80&SiteName=hayadan