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近日，來自弗吉尼亞聯邦大學的研究人員結合自旋電子學和形變電子學的前沿技術，設計了或許是世界上最吝嗇的集成電路，消耗的能量極低，甚至可以認為是不需要提供外部能源。根據研究人員的設計思路，所提出的集成電路模式運行只需要少量的能量，甚至沒有必要為其提供能量。 它的運行可以從周圍環境中獲取能量，而控制集成電路的并不是傳統意義上的開關，而是基于計算機編碼的0和1。而關于電路儲存的問題，則是利用自旋電子學電子的向上向下的自旋來儲存。 
利用電子自旋設計的超級低耗能的集成電路實現了新的能量來源 該集成電路中應用到的自旋電子學是通過新方法來控制電子的自旋自由度，而電子的自旋，是量子力學中粒子所具有的內在屬性，而自旋并不能理解成經典力學中自轉的概念，兩者具有本質上的區別。而例如對磁性半導體等新材料的深入研究，可以更好地滿足符合自旋電子元件的要求。通過電子的自旋我們就會得到一個0的結果，而轉換為另一種自旋方式，我們就會得到一個1的結果。這種轉換方式是利用提供磁場或者依靠一個自旋極化電流脈沖而實現的。且在切換的過程中，基于自旋電子學設計的集成電路比普通電子學設計的集成電路，只要更少的能量就能運行。然而，如果該集成電路要提高運行速度，將處理能力接近峰值，就會出現能量流失，這些能量本身就是來自周圍的環境，當運行速度最大化的時候，這個機制下儲存的能量將轉化為磁能而散發出去。 針對這一問題的解決方案，在AIP應用物理快報上刊登了出來。使用一種被稱為多鐵性材料的特殊復合材料結構。多鐵性特殊復合材料是一種多功能的用于設計小型化為目標的材料，多鐵性材料其具有鐵電性，而且又具有鐵磁性，具有磁電復合的功能，正是由于這種材料具備兩種屬性，因而其能通過鐵磁性的耦合復合產生協同效應，在電器元件的小型化設計中，這是一種應用廣泛的且具有特殊性能的材料。 這些復合材料由一層壓電材料親密接觸到磁力控制的納米級磁鐵上，產生形狀的改變。當一個微小的電壓通過整個集成電路結構時，就會產生壓電層，這個壓電層就會轉化成磁力控制的形變。而形變產生的磁性方向的改變，從而實現翻轉。隨著材料的正確選擇，能量的耗散還能降至最低，從而提高集成電路的能量供應。這項研究的設計目的就是研制一個極低功率消耗的集成電路，且具有較高的密度，不易失去磁性的邏輯和存儲系統。 騰訊科技編譯 |
