Исследование, представленное на обложке Advanced Electronic Materials, показывает, что монокристаллический сложный оксидный материал, ограниченный микро- и наномасштабами, может действовать как многокомпонентная электрическая цепь. Такое поведение проистекает из необычной особенности некоторых сложных оксидов, называемой разделением фаз, при котором крошечные области в материале проявляют совершенно разные электронные и магнитные свойства.Это означает, что отдельные наноразмерные области в сложных оксидных материалах могут вести себя как самоорганизующиеся элементы схемы, которые могут поддерживать новые многофункциональные типы вычислительных архитектур.
«В одном куске материала сосуществуют карманы с различным магнитным и / или электронным поведением», — сказал Зак Уорд из ORNL, автор исследования. «Что было интересно в этом исследовании, так это то, что мы обнаружили, что можем использовать эти фазы, чтобы действовать как элементы схемы. Тот факт, что можно также перемещать эти элементы, предлагает интригующую возможность создания перезаписываемых схем в материале».
Поскольку фазы реагируют как на магнитные, так и на электрические поля, материалом можно управлять разными способами, что создает возможность для новых типов компьютерных микросхем.«Это новый способ мышления об электронике, при котором электрические поля не просто переключаются и включаются для ваших битов», — сказал Уорд. «Речь идет не о грубой силе. Мы стремимся исследовать совершенно разные подходы к многофункциональным архитектурам, в которых интеграция нескольких внешних стимулов может быть выполнена в одном материале».Поскольку компьютерная индустрия стремится выйти за пределы кремниевых чипов, экспериментальный эксперимент ORNL показывает, что материалы с фазовым разделением могут выходить за рамки подхода «один чип для всех».
В отличие от микросхемы, которая выполняет только одну роль, многофункциональная микросхема может обрабатывать несколько входов и выходов, адаптированных к потребностям конкретного приложения.«Обычно вам нужно соединить несколько различных компонентов вместе на компьютерной плате, если вы хотите получить доступ к множеству внешних органов чувств», — сказал Уорд. «Одно большое отличие в нашей работе состоит в том, что мы показываем, что в некоторые сложные материалы уже встроены эти компоненты, что может снизить требования к размеру и мощности».
Исследователи продемонстрировали свой подход на материале под названием LPCMO, но Уорд отмечает, что другие материалы с фазовым разделением имеют другие свойства, которые инженеры могут использовать.«Новый подход направлен на повышение производительности за счет разработки оборудования для предполагаемых приложений», — сказал он. «Это означает, что материалы и архитектуры, управляющие суперкомпьютерами, настольными компьютерами и смартфонами, каждый из которых имеет очень разные потребности, больше не будут вынуждены следовать подходу« один чип для всех »».