اولین ترانزیستورهای چهار حالته

اولین ترانزیستورهای چهار حالته

دانشمندان ترانزیستورهای جدیدی ساخته‌‌ اند که می‌‌ توانند علاوه‌ بر صفر و یک ، دو مقدار میانه‌ی دیگر را نیز اختیار کنند و پرکننده‌ی شکاف فعلی میان کامپیوترهای امروزی و انواع کوانتومی در آینده باشند !!

در طول دهه‌‌ های اخیر و همزمان با ابداع روش‌‌ های تازه در کاهش ابعاد ترانزیستورها ، شاهد بوده‌ایم که کامپیوترها و سایر دستگاه‌ های الکترونیکی به‌ طور پیوسته سریع‌ تر و کوچک‌ تر شده‌‌ اند . ترانزیستورها شاکله‌‌ی اصلی تجهیزات پردازشی و در واقع انواعی از سوئیچ الکتریکی هستند که با قطع‌‌ و‌‌ وصل شدن خود ، اطلاعات را به‌‌ شکل دیجیتال منتقل می‌‌ کنند .

تلاش بی‌‌ وقفه‌‌ی دانشمندان برای طراحی ترانزیستورهای کوچکتر منجر به تراکم هرچه بیشتر این قطعات روی تراشه‌‌ ها شده است . اما به نظر می‌‌ رسد این مسابقه به روزهای آخر خود نزدیک شده است ؛ چرا که پژوهشگران در حال نزدیک‌‌ شدن به آستانه‌‌ی محدودیت‌‌ های فیزیکی در طراحی ترانزیستورها هستند که نمونه‌‌ی بارز آن ، موفقیت اخیر در تولید مدل‌‌ های ۱۰ و ۷ نانومتری بوده ؛ این یعنی قطعاتی که پهنای آن‌ها تنها به‌‌ اندازه‌‌ی ۳۰ اتم است !! دکتر کیونگجائه چو ، استاد علم مواد و مهندسی از دانشگاه تگزاس در دالاس می‌‌ گوید ؛

قدرت پردازش دستگاه‌ های الکترونیکی از صدها میلیون یا میلیارد ترانزیستوری ناشی می‌ شود که روی یک تراشه‌‌ی کامپیوتر به یکدیگر متصل شده‌ اند !! اما ما به‌‌ سرعت در حال نزدیک‌‌ شدن به آستانه‌‌ی محدودیت در ابعاد هستیم !!

امروزه برای پاسخ به نیاز روزافزون بازار به پردازش‌‌ های سریعتر ، صنعت میکروالکترونیک به‌ دنبال فناوری‌ های جایگزین است . تحقیقات تازه‌‌ی چو که در ۳۰ آوریل در ژورنال علمی نیچر به‌‌ صورت آنلاین منتشر شده ، نشان می‌‌ دهد که ممکن است با وسعت‌‌ دادن به فرهنگ لغات تعریف‌‌ شده برای ترانزیستور ، به راهکار تازه ای دست پیدا کرد .

ترانزیستور های فعلی تنها می‌ توانند دو مقدار تعریف‌ شده از اطلاعات را انتقال دهند . به‌‌ عبارت دقیق تر ، هر یک از این ترانزیستورها در حقیقت تنها سوئیچ‌ هایی دو حالته هستند که می‌‌ توانند خاموش یا روشن باشند ؛ این مفهوم از لحاظ باینری به دو مقدار صفر و یک ترجمه می‌‌ شود .

یک راه برای افزایش ظرفیت پردازش بدون اضافه‌‌ کردن ترانزیستورها ، افزایش میزان اطلاعات هر ترانزیستور از طریق تعریف حالت‌ های میانی بین دو حالت‌ روشن و خاموش این تجهیزات دودویی خواهد بود . براساس این اصل ، ایجاد ترانزیستورهای منطقی به اصطلاح چند مقداره باعث خواهد شد که عملیاتی بیشتر انجام شده و درنتیجه حجمی بیشتر از اطلاعات در یک دستگاه پردازش شود . چو همچنین می‌‌ افزاید ؛

ترانزیستورهای منطقی چند مقداره‌ی جدید ، مفهوم تازه‌‌ای ندارند و تلاش‌ های زیادی برای ساخت چنین تجهیزاتی انجام گرفته است که نهایتا ما را به موفقیت رساندند

گروه چو در دانشگاه تگزاس توانسته‌‌ اند از طریق نظریه ، طراحی و شبیه‌ سازی ، فیزیک پایه‌‌ی مربوط‌‌ به نحوه‌‌ی ساخت یک ترانزیستور منطقی چند مقداره را براساس اکسید روی توسعه دهند و در ادامه نیز همکاران آنها در کره‌‌ی جنوبی موفق به ساخت و نهایتا ارزیابی عملکرد یک دستگاه نمونه‌‌ی اولیه شده‌ اند . دستگاه چو قادر به اختیار کردن دو حالت میانی بین حالت‌‌ های صفر و یک است که از لحاظ الکترونیکی نیز پایداری کافی را دارند . این بدان معنا است که تعداد مقادیر منطقی هر ترانزیستور از دو به چهار رسیده است !!

چو می‌گوید که اهمیت پژوهش جدید از آن جهت است که علاوه‌‌ بر اینکه با پیکربندی تراشه‌‌ های کامپیوتری فعلی سازگاری دارد ، می‌ تواند شکاف فعلی را میان کامپیوترهای امروزی و ادوات نسل آینده ، یعنی کامپیوترهای کوانتومی به‌‌ خوبی پر کند .

این فناوری با پیکربندی تراشه‌‌ های کامپیوتری فعلی سازگاری دارد و می‌ تواند مقدمه‌ی ورود کامپیوترهای کوانتومی در آینده باشد

رایانه‌‌ های فعلی از دو مقدار دقیق ۰ و ۱ برای انجام محاسبات خود استفاده می‌ کنند ؛ در حالیکه واحدهای منطقی پایه در یک کامپیوتر کوانتومی از سیالیت بیشتری برخوردار هستند و می‌‌ توانند مقادیری ترکیبی از صفر و یک یا هر مقدار دیگری در این بازه را شامل شوند . اگرچه هنوز راهی طولانی تا تولید تجاری چنین محصولاتی در پیش داریم ، اما از لحاظ نظری پیش‌‌ بینی می‌‌ شود که رایانه‌‌ های کوانتومی بتوانند اطلاعات بیشتری را ذخیره کرده و نیز مسائل خاصی را با سرعت بیشتری نسبت‌‌ به رایانه‌‌ های عادی حل کنند . چو می‌‌ گوید ؛

دستگاهی با منطق چند سطحی از رایانه‌‌ های مرسوم سریع‌‌ تر خواهد بود ؛ چرا که می‌‌ تواند با مقادیری بیشتر نسبت‌‌ به مقادیر باینری کار کند . در صورت رسیدن به مقادیر کوانتونی ، ما مقادیری پیوسته در اختیار خواهیم داشت . ترانزیستورها یک فناوری بسیار بالغ به‌‌ شمار می‌‌ آیند و از سوی دیگر کامپیوترهای کوانتومی حتی به‌‌ مرحله‌‌ی تجاری‌‌ سازی نزدیک هم نشده‌ اند . در اینجا یک شکاف بزرگ وجود دارد . پس چگونه می‌‌ توان از این مرحله گذار کرد ؟ ما به‌ نوعی مسیر تکاملی نیاز داریم ؛ یک پل ارتباطی بین شکل باینری و درجات بی‌‌پایانی از آزادی . مبنای کار ما هنوز روی فناوری موجود است ؛ پس نمی‌‌ توان گفت این دستاورد به‌‌ اندازه‌‌ی محاسبات کوانتومی انقلابی محسوب می‌‌ شود ولی مسلما با آن هم‌‌ سو است !!

فناوری توسعه‌‌ یافته توسط چو و همکارانش برمبنای پیکربندی جدیدی متشکل از دو شکل متفاوت از اکسید روی است که برای تشکیل یک کامپوزیت نانو لایه با یکدیگر ترکیب شده‌‌ اند . این اتم‌‌ ها نوعی جامد بی‌‌ شکل را تشکیل می‌‌ دهند که چینش آنها آنقدر سازمان‌‌ یافته نیست که بتوان آنها را یک جامد بلوری قلمداد کرد .

پژوهشگران کشف کرده‌‌ اند که با استفاده از کریستال‌ های اکسید روی که نقاط کوانتومی نیز نامیده می‌ شوند ، می‌‌ توانند به فیزیک مورد نیاز برای منطق چند مقداره دست یابند . اتم‌ های تشکیل‌ دهنده یک جامد بی‌ شکل به اندازه‌‌ی ذرات کریستالی از نظم و ترتیب برخوردار نیستند . چو اضافه کرد ؛

با مهندسی این مواد ، ما دریافتیم که می‌ توانیم ساختار الکترونیکی تازه‌‌ ای برای فعال‌‌ سازی رفتار منطق چند سطحی ایجاد کنیم . اکسید روی ماده‌‌‌ی شناخته‌ شده‌‌ای است که می‌‌ تواند هر دو حالت جامدهای کریستالی و جامدهای بی‌‌شکل را داشته باشد ؛ بنابراین برای شروع ، گزینه‌‌ی مناسبی محسوب می‌ شود اما ممکن است در ادامه دریابیم که بهترین ماده نیست . گام بعدی ما این خواهد بود که ببینیم این ویژگی چقدر در میان مواد دیگر عمومیت دارد تا در نهایت بتوانیم این فناوری را بهینه کنیم . همچنین در حین این پیشرفت ، قصد داریم بررسی کنیم که چگونه می‌ توان این فناوری را با یک دستگاه کوانتومی ارتباط داد !!

پروفسور جیونگ کیم ، استاد علم مواد و مهندسی از دانشگاه تگزاس در دالاس به همراه دکتر جئونگ‌‌ وون هوان ، پژوهشگر پسا دکترا در دانشگاه ملی چونام از کره‌‌ی جنوبی از دیگر نویسندگان این مقاله در ژورنال علمی Nature Communications بوده‌‌اند که پژوهشگران دیگری از دانشگاه‌‌ ها و مؤسسات پژوهشی کره‌‌ی جنوبی نیز با آنها همکاری داشته‌‌ اند .

این پژوهش با حمایت بنیاد ملی تحقیقات کره انجام شده است .

دیدگاه مشتریان

مطالب مرتبط

همه چیز در رابطه با بیت کوین

با افزایش اهمیت روز افزون بیت کوین و فناوری پول ‌های رمزنگاری شده ، بر ...
همه چیز در رابطه با بیت کوین
21 امتیاز 4.9 ستاره

بررسی پهپاد پیشرفته DJI STORM

کمپانی DJI پیشرفته‌ ترین پهپاد خود را با طراحی جدید و متفاوتِ قسمت حمل دوربین ...
بررسی پهپاد پیشرفته DJI STORM
11 امتیاز 5 ستاره

دیجی کالا نکست ؛ بازوی نوآوری دیجی کالا

دیجی‌ کالا با هدف توسعه هرچه بیشتر هوش مصنوعی و حمایت از استارتاپ های فعال ...
دیجی کالا نکست ؛ بازوی نوآوری دیجی کالا
11 امتیاز 5 ستاره

فیسبوک و تحقیقات در زمینه رباتیک

فیسبوک حوزه‌ی تحقیقات رباتیک را به فعالیت‌ های خود افزوده است و به‌ نظر می‌ ...
فیسبوک و تحقیقات در زمینه رباتیک
11 امتیاز 5 ستاره
error:
به کارگاه دانشمندان و مخترعان دیوانه خوش آمدیددرباره ما
+ +
Top