Từ số đông thập niên trước, một nhà khoa học đã công bố một lý thuyết mới táo bạo, dự đoán sự tồn tại của một thiết bị điện tử chưa từng được cho rằng đến, hoạt động giống như một bóng bán dẫn "ngược". Nó có thể được dùng để tạo ra các mạch với kích thước nhỏ hơn, hoạt động nhanh hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn.
Ngược thời kỳ trở lại năm 1971, Leon Chua, một kỹ sư điện tử trẻ tại Đại học California (Mỹ) bắt đầu các nghiên cứu nhằm tìm nhận thấy về một khung toán học phổ biến cho khoa học điện tử. Lý thuyết của ông tùy thuộc trên mối quan hệ giữa điện tích, dòng điện, từ thông, điện áp và sự thay đổi của các đại lượng điện từ này khi chúng đi qua các phần tử mạch chủ yếu của điện trở, tụ điện và cuộn cảm.
Khi có dòng điện đi qua điện trở sẽ tạo ra một điện áp. Đối với một điện áp nhất định, tụ điện sẽ lưu trữ một lượng điện tích nhất định. Và khi dòng điện đi qua một cuộn cảm sẽ tạo ra một từ thông. Thế nhưng, Chua nhận biết dường như vẫn còn thiếu một yếu tố nào đó - chính là mối quan hệ giữa điện tích và từ thông.
Thiết bị này hoạt động như một điện trở có khả năng lưu trữ.
Ở thời điểm đó, ông đặt ra thắc mắc về sự tồn tại của một thiết bị có thể gắn bó hai đại lượng trên, mà ông gọi là điện trở nhớ (memristor); tuy nhiên trong khoảng thời kỳ gần 30 năm sau đó, ý tưởng này dần chìm vào quên lãng. Đến năm 2004, những nhà nghiên cứu ở phòng thí nghiệm của Hewlett-Packard (HP) tuyên bố rằng họ đã hiệu quả trong việc tạo ra một điện trở nhớ, có khả năng lưu trữ thông tin mà không cần sử dụng năng lượng. Đúng như tên gọi, nó hoạt động như một điện trở có khả năng lưu trữ.
Kể từ đó, nhóm của HP cùng khá nhiều nhóm nghiên cứu khác đã tìm biện pháp gắn điện trở nhớ vào các chip chữa bệnh để mô phỏng phương pháp thức bộ não con người chữa bệnh thông tin. Một số nhà nghiên cứu khác đã bắt đầu tìm kỹ thuật chế tạo các tụ điện nhớ (memcapacitor) và cuộn cảm nhớ (meminductor), những phiên bản tương tự như điện trở nhớ của những thành phần điện tử thụ động khác.
Những phát minh này đặt ra một vấn đề thú vị. Vậy các linh kiện vừa mới được khám phá này có công dụng gì đối với các thiết bị điện tử.
Ngày hôm nay, chúng ta đã có được câu trả lời cho vấn đề trên nhờ vào các thành tựu của nhà nghiên cứu Sungsik Lee đến từ Đại học Quốc gia Pusan, Hàn Quốc. Hiện tượng như Chua tập trung vào các thành phần điện tử thụ động như điện trở và tụ điện, thì Lee đi sâu nghiên cứu tính chất của những thành phần điện tử chủ động, trong đó có các bóng bán dẫn. Ông cho biết đã xác định được một vị trí còn trống trong hệ thống chưa tìm linh kiện phù hợp và linh kiện còn thiếu đó, hiện tượng được phát minh và chế tạo, sẽ đem lại các thành công đột phá cho tương lai của các thiết bị điện tử.
Lý luận của Lee tập trung vào thiết bị điện tử có vai trò khá lớn nhất: bóng bán dẫn. Đầu ra của nó có khả năng được chuyển đổi bằng một mạch hoặc điện áp đầu vào. Nói biện pháp khác, bóng bán dẫn có thể đóng và ngắt dòng điện.
Thiết bị mới có khả năng hoạt động nhờ vào hiệu ứng Hall nổi tiếng.
Nhưng, hiện tại con người chưa phát minh ra một thiết bị tương đương có chức năng để chuyển đổi điện áp. Ông đã quyết định sẽ nghiên cứu để đưa ra mô tả cho một thiết bị như vậy.
Các bóng bán dẫn nhận tín hiệu đầu vào và chuyển đổi thành dòng điện đầu ra tương ứng với thiết lập cho trước của người điều khiển, giống như nguyên lý hoạt động của một điện trở thay đổi. Điều này giải thích tại nó được gọi là bóng bán dẫn (transitor), vốn trong tiếng Anh là sự hợp lại của hai cụm từ "chuyển đổi" (transfer) và "resistor" (điện trở). Ngược lại, thiết bị mà Lee đang nghiên cứu sẽ có chức năng chuyển tín hiệu đầu vào thành đầu ra điện áp, giống như một tụ điện thay đổi. Lee gọi thiết bị này là "trancitor" (một biến nguy cơ của từ "transitor").
Tiếp theo, ông đề xuất về phương pháp thức ứng dụng của linh kiện này trong thực tế. Biện pháp làm đơn giản nhất là ghép nối một trancitor và một transitor để tạo ra những mạch có cấu trúc đơn giản hơn và tiết kiệm năng lượng hơn có nhiều so với các thiết kế hiện có. Chẳng hạn, Lee chỉ ra rằng có thể tạo ra một bộ khuếch đại điện áp đơn giản bằng biện pháp dùng một trancitor và một bóng bán dẫn duy nhất. Để dễ so sánh, các bộ khuếch đại điện áp ngày nay cần sử dụng đến bốn bóng bán dẫn.
Càng đi sâu tìm tòi, mô phỏng những mạch như vậy, Lee càng nhận thấy rằng kết quả thu được là những thiết bị nhỏ gọn hơn, tốn ít điện hơn và có tốc độ việc làm nhanh hơn so với những mạch chỉ sử dụng các bóng bán dẫn thông thường.
Điều này chắc chắn có ý nghĩa rất quan trọng đối với những thiết bị điện tử. Những mạch sử dụng kết hợp transitor-trancitor sẽ chiếm ít không gian hơn, sử dụng ít năng lượng hơn và hoạt động với tốc độ tương đối cao hơn những mạch thông thường. "Trancitor sẽ giúp tạo ra một mô hình mới về điện tử", Lee nói.
Tuy nhiên, có một câu hỏi quan trọng chưa được trả lời - đó là phải làm sao để tạo nên một trancitor?
Lee cho thấy, thiết bị mới của ông có khả năng hoạt động nhờ vào hiệu ứng Hall nổi tiếng, vốn có khả năng tạo ra điện áp trên một dây dẫn khi từ trường được đặt theo hướng vuông góc với dòng điện. Tuy nhiên, câu hỏi làm sao để triển khai mô hình này tại những linh kiện có kích thước chỉ vài nanomet trong các mạch tương thích với CMOS thì vẫn chưa được trả lời một cách rõ ràng.
Thực tế, các mạch điện tử như chúng ta nhận thấy hiện giờ đã trải qua hàng thập kỷ được sửa chữa, cải tiến và tối ưu hoá. Vì vậy, việc triển khai bất kỳ một linh kiện mới nào cũng cần khá nhiều thời gian để thử nghiệm, sửa chữa trị.
Một nguyên do khiến việc sản xuất các điện trở nhớ theo lý thuyết của Chua mất khá nhiều thời gian là do khá khó tìm ra các vật liệu phù hợp để sản xuất linh kiện này với kích thước chỉ bằng các nguyên tử. Do đó, phải tới gần đây, người ta mới bắt đầu đạt được các tiến bộ đầu tiên trong việc khám phá ra phương pháp sản xuất những điện trở nhớ có khả năng ứng dụng trong thực tiễn.
Hiệu ứng Hall chắc chắn vẫn tồn tại trên quy mô của các hạt mang điện ở hiện trạng hạ nguyên tử. Do đó, điều duy nhất chúng ta có khả năng mong chờ vào thời điểm này là sự mọc của một số kỹ sư điện tử dám nghĩ dám làm, để tìm cách xây dựng, sản xuất và đưa vào sử dụng các trancitor có thể ứng dụng trong thương mại.
Tin tức khác:
Dịch vụ giặt thảm trang trí, trải sàn tại nhà giá rẻ
Dịch vụ giặt ghế sofa tại nhà giá rẻ công nghệ mới
Dịch vụ giặt ghế văn phòng giá rẻ trong ngày số lượng lớn
0 Nhận xét:
Đăng nhận xét