Magnetická logika umožňuje měnitelné čipy

Software dokáže přeměnit počítač z textového procesoru na číselník na videotelefon. Ale základní hardware je nezměněn. Nyní by typ tranzistoru, který lze přepínat magnetismem místo elektřiny, mohl také učinit obvody tvárnými, což by vedlo k účinnějším a spolehlivějším zařízením, od chytrých telefonů po satelity.

Tranzistory, jednoduché spínače v srdci veškeré moderní elektroniky, obecně používají malé napětí k přepínání mezi „zapnuto“ a „vypnuto“. Napěťový přístup je vysoce spolehlivý a snadno se miniaturizuje, má však své nevýhody. Za prvé, udržení napětí vyžaduje energii, která zvyšuje spotřebu energie mikročipu. Za druhé, tranzistory musí být pevně zapojeny do čipů a nemohou být překonfigurovány, což znamená, že počítače potřebují vyhrazené obvody pro všechny své funkce.

Výzkumná skupina založená na Korea Institute of Science and Technology (KIST) v Soulu v Jižní Koreji vyvinula obvod, který může tyto problémy obejít. Zařízení, popsané v článku zveřejněném na webových stránkách Nature dne 30. ledna, využívá magnetismus k řízení toku elektronů přes nepatrný můstek polovodivého materiálu indium antimonid (S. Joo et al. Nature http://dx. doi.org/10.1038/nature11817; 2013). Je to „nový a zajímavý obrat v tom, jak implementovat logickou bránu“, říká Gian Salis, fyzik z výzkumné laboratoře IBM v Curychu ve Švýcarsku.

Most má dvě vrstvy: spodní palubu s přebytkem kladně nabitých děr a horní plošinu naplněnou převážně záporně nabitými elektrony. Díky neobvyklým elektronickým vlastnostem antimonidu india mohou vědci řídit tok elektronů přes most pomocí kolmého magnetického pole. Když nastaví pole jedním směrem, elektrony se odkloní od kladné spodní paluby a volně proudí. Když se magnetické pole překlopí, elektrony narazí do spodní paluby a rekombinují se s otvory – čímž se vypne vypínač (viz „Magnetický zámek“).

Schopnost magnetické logické brány udržet spínač zapnutý nebo vypnutý bez napětí „by mohla vést k velkému snížení spotřeby energie“, říká spoluautor studie Jin Dong Song, fyzik z KIST. Ještě působivější je, že s magnetickými spínači „lze zacházet jako se softwarem“, říká, pouhým přepnutím pole pro zapnutí nebo vypnutí obvodu. Mobilní telefon by tak mohl například přeprogramovat část svého mikroobvodu na zpracování videa, zatímco jeho uživatel sledoval klip na YouTube, a poté přepnout čip zpět na zpracování signálu, aby mohl přijmout telefonní hovor. To by mohlo výrazně snížit objem potřebných obvodů uvnitř telefonu.
Taková rekonfigurovatelná logika by mohla být v satelitech neocenitelná, dodává Mark Johnson z Naval Research Laboratory ve Washingtonu DC, spoluautor článku. Pokud by část čipu selhala na oběžné dráze, mohl by být jiný sektor jednoduše přeprogramován, aby převzal řízení. "Vyléčil jsi okruh a udělal jsi to ze Země," říká.
Aby se to však skutečně uchytilo, magnetická logika by musela být integrována se stávajícími technologiemi na bázi křemíku. To nemusí být snadné. Za prvé, indium antimonid, polovodič zásadní pro obvody, se podle Junichi Murota, výzkumníka pracujícího s nanoelektronikou na Tohoku University v Japonsku, nehodí pro výrobní procesy používané k výrobě moderní elektroniky. Johnson ale říká, že možná bude nakonec možné postavit podobné mosty s křemíkem.

Integrace miniaturních magnetů potřebných k ovládání zařízení do běžného čipu by také nebyla jednoduchá. Společnosti by měly být schopny tyto problémy vyřešit, ale pouze pokud se rozhodnou, že zařízení stojí za to, říká Salis. V tuto chvíli, dodává, není jasné, zda budou zařízení fungovat dobře ve velikostech potřebných pro praktický čip – mnohem menší, než jsou mikrometrické rozměry prototypů.

Johnson však poznamenává, že magnetismus se již uchytil v návrhu obvodů: některá pokročilá zařízení začínají používat magnetickou verzi paměti s náhodným přístupem, typ paměti, která byla historicky sestavována pouze s konvenčními tranzistory. "Myslím, že směna již probíhá," říká.