更省电、更易变：磁性晶体管将重塑现代电子？

zhixun

by 36氪 boxi
软件让让计算机成为变形金刚。点击之间，一台计算机就可以从文字处理器变身为可视电话。但是计算机底层的硬件却还是老样。因此，从这个意义来说，计算机还只是虚拟的变形金刚。不过，情况即将改观，现在，一种利用磁性而非电子的新型晶体管已经面世，这种晶体管让电路也具有同样的可塑性，可以极大增强从智能手机到卫星等电子设备的能效和可靠性。

晶体管被认为是现代历史中最伟大的发明之一，在重要性方面可以与印刷术，汽车和电话等的发明相提并论。晶体管是所有现代电器的关键活动元件，它依靠微量电压来控制“开”、“关”状态的来回切换。不过，尽管电压状态控制法可靠性高，可微型化强，却也有自己的缺点。首先，电压的维持需要电，因此微芯片会耗电。其次，晶体管跟芯片必须硬接线，一旦做好就无法再改，所以计算机的各项功能都需要专用电路。

现在韩国科学技术研究院的一个研究小组已经开发出了一种新型的电路，该电路有可能避免上述问题。跟传统电路不同的是，这种电路用磁场来控制电子流在锑化铟半导体桥中的走向。IBM 的物理学家 Gian Salis 认为，这是一种新的有趣的逻辑门实现方式。其研究成果已刊载到 2013 年 1 月 30 号的《自然》杂志上。

此桥有两层组成，下层是布满大量正电荷的空穴，上层则是布满负电荷的空穴。由于锑化铟不同寻常的电子特性，研究人员可以用垂直磁场来控制电子走向。磁场被设定为某个方向时，电子就会离开正极的底层自由流动。而一旦磁场翻转，电子又会重新回到底层的空穴—从而实现开关的切换。


电磁锁，垂直磁场反转可以控制电子走向

磁性逻辑门不需要电压就能切换开关状态，从而为减少大量的电耗提供了可能。更重要的是，磁性开关可以像软件一样处理，反转磁场即可开启或关闭电路。这会使得设备的灵活性大大增强。比方说，将一台手机的微电路改编一下，就可以进行视频处理，让用户观看网上直播，然后有电话进来时，电路又改编回来，让芯片可以处理信号，让用户接听电话。这样的话，电话所需的电路数量将大为下降。

论文的联合作者，美国海军实验室的 Mark Johnson 说，可重配置的逻辑电路对卫星的价值是不可估量的。如果在轨卫星的某部分芯片损坏，另一组只需重新编排即可接管其工作。电路的修复在地球上就能完成—这个跟科幻电影里面的再生人已经有点类似了。

不过，要想将这项技术付诸实践，磁性逻辑电路必须跟已有基于硅晶体的技术集成。而这并非易事。作为材料核心的锑化铟不太适合于现代电子的制造流程。不过 Johnson 说，用硅来制造类似的桥最终是有可能的。

此外，将控制用的微型磁性物质集成进普通芯片中也不简单。还有就是，相对于实用芯片，此次的原型设备尺寸过大，尚不清楚这项技术在实用芯片中的表现。

不过 Johnson 指出，磁的使用在电路设计中已经流行起来了：某些先进的设备已开始用磁来做 RAM（随机访问内存）。因此，现代电子制造的变革也许指日可待。

Via：SA