استفاده از جریان کوانتیزه در مدارهای الکترونیکی آینده

اخیراً سه محقق به نام‌های وانچنگ ژانگ، نان جیان وو، و فوهوآ یانگ از آکادمی علوم چین در پکن، گیت‌های منطقی (یکی از اجزای اصلی مدارهای دیجیتال) طراحی کرده‌اند که با استفاده از کوانتیزه کردن جریان الکتریکی کار می‌کند.

چندین دهه است که ابزارهای الکترونیکی بر
مبنای سیستم منطقی CMOS کار می‌کنند که از نیمه‌هادی‌ها و ترانزیستورها
برای تشکیل مدارهای دیجیتالی بهره می‌برد. حال محققان در حال بررسی استفاده
از مواد و فناوری‌های جدید برای ایجاد مدارات بهتری هستند که می‌توانند
منجر به تولید رایانه‌ها، گوشی‌های تلفن همراه، و سایر ابزارهای کوچک‌تر،
هوشمندتر، و سریع‌تر شوند.

اخیراً سه محقق به نام‌های وانچنگ ژانگ، نان جیان وو، و فوهوآ یانگ از
آکادمی علوم چین در بیجینگ گیت‌های منطقی (یکی از اجزای اصلی مدارات
دیجیتال) طراحی کرده‌اند که با استفاده از کوانتیزه کردن جریان الکتریکی
کار می‌کند.

توسعه اخیری که در دو نانوابزار جدید اتفاق افتاده است، محققان را قادر
ساخته که بتوانند جریان تک‌تک الکترون‌ها را کنترل نموده و بدین ترتیب گیت‌های
منطقی جدید جهانی عرضه کنند که بسیار فشرده‌تر از گیت‌های منطقی موجود
هستند.

ژانگ در مصاحبه با PhysOrg.com بیان داشت: «زمانی که درباره مدارات
دیجیتالی آینده که با استفاده از نانوابزارها تولید می‌شوند، صحبت می‌کنیم،
محققان روی دانسیته و سرعت بالا متمرکز می‌شوند. بزرگ‌ترین اهمیت این کار
این است که ما نشان دادیم می‌توان از اصول منحصر به فرد عملکرد نانوابزارها
برای ایجاد مدارات منطقی هوشمندتر با ساختار فشرده‌تر استفاده کرد.
بنابراین مدارات آینده مبتنی بر فناوری نانو مزایایی در هر دو بعد اندازه و
ساختار مدار خواهد داشت».

در این مطالعه که نتایج آن در مجله Nanotechnology منتشر شده است، محققان
دو طراحی مختلف برای ایجاد گیت‌های منطقی جدید با نام PTTGs پیشنهاد داده‌اند.

در روش اول، پیشنهاد محققان مبنی بر استفاده از یک موجبر الکترون (که اساساً
یک کانال یک بعدی است) برای استفاده از مزیت طبیعت موجی الکترون می‌باشد.
چون کانال باریک‌تر از یک الکترون منفرد است، یک موج الکترونی می‌تواند
بدون پخش شدن و با سبک‌های مشخصی از کانال عبور کند. با استفاده از دو
موجبر الکترونی و ترکیب مقادیر جریان آنها، گیت منطقی می‌تواند یک خروجی
متشکل از جریان ورودی داشته باشد.

در روش دوم از یک گردان‌در الکترونی استفاده می‌شود. گردان‌در الکترونی
ابزاری است که با استفاده از یک اثرکوانتومی به نام اثر انسداد کولمبی
تعداد الکترون‌های عبوری را به دقت کنترل می‌کند. این اثر که تنها در
محدوده کوچکی به اندازه یک الکترون وجود دارد، این اطمینان را ایجاد می‌کند
که تعداد الکترون‌های عبوری از این گردان‌در تابعی کوانتیزه از ولتاژ آن
است. با کنترل ولتاژ محققان می‌توانند به صورت تئوری تعداد الکترون‌ها را
تعیین نمایند.

ژانگ می‌گوید: «کلید اصلی دسترسی به ابزارهای جریان کوانتیزه هندسه
ابزارهای کوچک است. در هر دو روش برای غلبه بر انرژی حرارتی نیاز به
ابزارهای کوچک می‌باشد».