סיקור מקיף

מעגלים לוגיים מבוססי גרפן

ניתן יהיה להטמיע את המעגלים הלוגיים הלא-בוליאניים המאוד מהירים הללו בתוך טרנזיסטורים המבוססים על גרפן כך שיוכלו לנצל את התופעה הייחודית הזו (NDR). התקנים אלו יתאימו במיוחד למטלות הדורשות עיבוד מידע מהיר, כגון זיהוי תמונות, הצפנת מידע וחיפוש יעיל בתוך מסדי-נתונים.

 תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של התקן הגרפן החדשני המנצל שער לוגי לא-בוליאני (כאשר סמליל האוניברסיטה, UCR, מוטבע על גביי משטח הגרפן). קנה המידה של הקו בתחתית התמונה הוא מיקרון אחד. [באדיבות University of California at Riverside].

תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של התקן הגרפן החדשני המנצל שער לוגי לא-בוליאני (כאשר סמליל האוניברסיטה, UCR, מוטבע על גביי משטח הגרפן). קנה המידה של הקו בתחתית התמונה הוא מיקרון אחד. [באדיבות University of California at Riverside].

גרפן מתואר כחומר פלאי שיוכל להצעיד קדימה את תחום המוליכים-למחצה אל מעבר לעידן הסיליקון, אולם העובדה כי הוא חסר את המרווח האנרגטי שבין פס הערכיות לפס ההולכה (bandgap) מגבילה מאוד את התהליך הזה. במקום לשנות את הגרפן כך שייווצר בתוכו מרווח אנרגטי זה, המוביל גם להפחתת ההולכה האלקטרונית הגבוהה שבתוכו, חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בריוורסייד (UCR) מציעים להשתמש בלוגיקה הלא-בוליאנית האצורה באופן טבעי בגרפן.

מסביר פרופסור Alexander Balandin: "התקנים המבוססים על גרפן בהתאם להצעתנו הדגימו התנגדות דיפרנציאלית שלילית (negative differential resistance, NDR) – תופעה שמקורה במבנה הסימטרי של המרווח האנרגטי שבגרפן. ניתן להשתמש בתכונות זרם-מתח לא-ליניאריות אלו על מנת לקבל תוצאות בי-יציבות ובי-ערכיות. המשמעות היא שעבור ערכי קלט מסוימים ניתן יהיה לקבל שני ערכי פלט – שלא כמו בשערים לוגיים רגילים שבהם מתקבל פלט חד-ערכי בלבד (לדוגמה, אפס או אחד) – ואלו יוכלו לשמש לפיתוח מעגלים חשמליים המבוססים על שערים לוגיים לא-בוליאניים בעלי ניידות אלקטרונים ומהירות רוויה גבוהות מאוד, ההופכים את המעגלים הללו למהירים במיוחד.

לפי דברי החוקרים, ניתן יהיה להטמיע את המעגלים הלוגיים הלא-בוליאניים המאוד מהירים הללו בתוך טרנזיסטורים המבוססים על גרפן כך שיוכלו לנצל את התופעה הייחודית הזו (NDR). התקנים אלו יתאימו במיוחד למטלות הדורשות עיבוד מידע מהיר, כגון זיהוי תמונות, הצפנת מידע וחיפוש יעיל בתוך מסדי-נתונים.

"קיומה של תופעת ה-NDR בטרנזיסטורים המבוססים על גרפן מספק לנו אופק חדש לפיתוח מעגלים לוגיים אנאלוגיים מיוחדים שיוכלו להביא פתרון לבעיות שונות באופן יעיל יותר מאשר מעבדים ספרתיים רגילים," מוסיף ואומר החוקר הראשי.

הידיעה על המחקר

המאמר המלא

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

3 תגובות

  1. יש גם נושא אחר שאולי כדאי לטפל בו כל עוד זה מוקדם – הגרפן עצמו הוא חומר מאוד רעיל ומסוכן לתאים
    של גופים חיים וכבר נעשו מחקרים אודות הסכנות שבשאיפתו.
    אולי לפני שיקפצו על "מה אפשר לעשות עם זה" יחשבו על "נהלי טיפול"

  2. חלש מדי. דורש עוד מחקר שלא בוצע. נשמע כמו ניסיון לגייס מענק.
    שאלה שכן עונה עליה המאמר: המזעור של ההתקן מאפשר ברמה של שער יחיד או מספר בדיד של שערים
    לתת מהירות חישוב של מאות גיגה הרץ במקום גיגות בודדות, בגלל היכולת לפתח שער לוגי שמציית לחוקי פיזיקה שונים מאלו של הסיליקון.
    לא ברור כמה מהיר המיתוג בהתקני הננו יהיה.אם נניח שחלקי בערך 0.7 מהירות האור, מהירות האלקטרון – אכן מהר.
    ואז מתעוררת השאלה. החישוב האנרגטי של מעבד לוגי מתכונתי לתדר בריבוע שהוא אחד חלקי זמן חציית צומת בריבוע. האם הגראפן בשונה מסיליקון לא יישרף בתדרים נניח 150 גיגה הרץ.
    הבעיה אז שנדרש מרווח ריק משערים גדול הבין השערים אחרת יישרף, ונדרש מקור קרור.
    הבעייה איננה רק המזעור -זו שגורמת כיום לפיתוח מעבדים מרובי ליבה, במקום עלייה מהירה בתדר, עקב מזעור. הבעיה השנייה היא ההתחממות שאיננה ניתנת לנשיאה בתדרים הגבוהים הנובעים מרכיבים קטנים במיוחד.
    כל אלה שאלות שמן הראוי לענות עליהם במאמר, או כתשובה משלימה כאן. האם פיזור ההספק התרמי של גראפן, או לחילופין יכולת הנשיאה של תדר אולטרא-גבוה, מאפשרים פיתוח שבב צפוף עם עשרות מליוני שערים.

  3. מאד מעניין, אך לא מספיק מובן: ישנם הרבה מושגים שלהדיוט כמוני הם חדשים לגמרי. אולי אפשר לעבות את הידיעה ולהסביר מהם שערים לא בולייאנים, מהו המרווח האנרגטי וכיצד הוא מנוצל בדרך כלל, מהי התנגדות דיפרצניאלית שלילית?
    תודה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן