兼具記憶與邏輯運算功能的奈米結構登場
- 上線日期：2011/2/25 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
德國物理學家最近利用兼具記憶與邏輯運算功能的單一奈米結構，製作出完整且可程式化的邏輯線路。這種結構有助於實現更小、更快速且更節能的積體電路，也是自旋電子學(spintronics)的一項重大進展。研究人員認為此結構的出現，可望催生出記憶與邏輯元件不再分離的新型邏輯線路設計方法。
由福茲堡(Wurzburg)大學的Laurens Molenkamp等人開發的這種新線路，是由含砷化錳鎵((Ga,Mn)As)的鐵磁性半導體所製成，具有讀/寫與邏輯運算功能。Molenkamp指出，單一自旋電子元件問世已有一段時間，但這是人類首度製作出具有完整及可程式化的邏輯線路。
自旋電子元件利用電子自旋具有「向上」或「向下」兩種狀態來儲存數位資料，由於翻轉自旋所需的能量很低，自旋電子線路可望比傳統矽基電子線路的尺寸更小且更省電。自旋電子元件是透過自旋電流(spin current)來攜帶或操控資訊，在自旋電流中，自旋相反的電子會朝相反方向移動。
對於沉積成二維層狀的(Ga,Mn)As而言，最容易磁化的方向是平行或垂直層面。福茲堡團隊先前已知若將這種層狀物圖形化，應變鬆弛(strain relaxation)會導致得到的奈米線只能沿著線長方向磁化。最近，該團隊發現在這種奈米線與較寬的(Ga,Mn)As區域接觸的結構中，當電流通過奈米線時，在(Ga,Mn)As區中磁化方向會與奈米線一致，因此只要讓奈米線由東西南北四個方向接觸(Ga,Mn)As區，該結構就可做為簡單的邏輯閘。
由東西或南北向奈米線流入的自旋極化電流將中央較寬區分別磁化成"0"或"1"狀態，接著藉由量測奈米線與中央區間的穿隧接面(tunnel junction)的電阻大小，來判讀位元資料。該團隊目前正在組合兩個這種元件組合，設法製成一個XOR邏輯閘。
在傳統電腦中，邏輯閘輸出的壽命很短，因此必須傳送至記憶體(如RAM)儲存。在福茲堡團隊的結構中，中央區是由鐵磁材料製成，邏輯狀態的壽命長多了，因此不用傳送至他處，可就地直接使用。美中不足的是，(Ga,Mn)As必須在150 K的低溫下才具有鐵磁性，不過該團隊提出的概念應該也適用於其他室溫鐵磁材料。詳見Phys. Rev. Lett. 106, p.057204 (2011)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/45086
譯者:蔡雅芝(逢甲大學光電學系)
責任編輯:蔡雅芝
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