Создание электронных микросхем с реконфигурируемыми проводящими трактами все ближе к реальности

Источник: Федеральная политехническая школа Лозанны (EPFL)

Будет ли возможным когда-нибудь реконфигурировать электронные микрочипы в случае необходимости, даже во время их работы? Последнее открытие группы исследователей из EPFL позволяет дать положительный ответ на этот вопрос. Исследователи продемонстрировали, что в материале возможно создание токопроводящих трактов шириной в несколько атомов, для того чтобы в случае необходимости заставить эти тракты перемещаться и даже создать условия для их исчезновения. Результаты последних исследований этой группы ученых обсуждаются в статье, недавно опубликованной в журнале “Nature Technology”.

Адаптивная электроника вызывает значительный интерес в научном сообществе из-за возможности использовать ее во многих приложениях. Представим себе на мгновение, что один микрочип может выполнять функции нескольких различных микросхем. Например, микросхема, предназначенная для обработки аудиоинформации, может, когда она не используется именно для этой цели, выполнять функцию обработки изображения. В этом случае мы сможем миниатюризировать наши электронные приборы.

В то же самое время станет возможным создавать функционально гибкие микросхемы. Это означает, что если микрочип выходит из строя, он теоретически может реконфигурировать себя таким образом, чтобы продолжить дальнейшую работу, используя неповрежденные компоненты.

Основой этой перспективной технологии являются так называемые ферроэлектрические материалы, в которых возможно создание гибких проводящих трактов. Подобные тракты создаются путем приложения электрического поля к материалу. Это означает, что, когда включается электрический ток, некоторые атомы перемещаются или «вверх», или «вниз». Данный эффект известен как поляризация. В последние годы академический мир наблюдал, как проводящие тракты шириной несколько атомов (их называют «стенки») образуются между поляризованными зонами. Единственной проблемой является то, что до сих пор было невозможно управлять формированием этих трактов.

В EPFL исследователи продемонстрировали, что можно управлять формированием стенок в пленке ферроэлектрического материала и таким образом создавать проводящие тракты именно там, где они необходимы. Суть заключается в образовании структуры типа «сэндвич» с платиновыми компонентами снаружи и ферроэлектрическим материалом внутри. Прикладывая электрическое поле локально к металлической части, можно формировать проводящие тракты в различных местах, а также перемещать и ликвидировать их, прикладывая электрическое поле обратной полярности. На ферроэлектрический материал наносились электроды с низкой проводимостью. При этом заряды перемещаются в структуре очень медленно, что позволяет точно контролировать место, где заряд появился.

На этой стадии исследователи проверяли результаты своих теоретических разработок на материалах-изоляторах. Следующим шагом является разработка прототипа реконфигурируемой схемы. Исследователи намерены пойти дальше. Фактически уже сейчас можно создавать проводящие тракты там, где необходимо, и позволит в будущем имитировать процессы, происходящие в мозге, в ходе которых создаются новые синапсы. Это может оказаться полезным, например, при воспроизводстве процесса обучения в искусственном мозге.