Từ rất nhiều thập niên trước, một nhà khoa học đã công bố một lý thuyết mới táo bạo, dự đoán sự tồn ở của một thiết bị điện tử chưa từng được hiểu tới, hoạt động giống như một bóng bán dẫn "ngược". Nó có thể được dùng để tạo ra những mạch với kích thước nhỏ hơn, hoạt động nhanh hơn và tiêu thụ ít năng lượng hơn.
Ngược thời gian trở lại năm 1971, Leon Chua, một kỹ sư điện tử trẻ ở Đại học California (Mỹ) bắt đầu những nghiên cứu nhằm tìm thấy về một khung toán học cơ bản cho khoa học điện tử. Lý thuyết của ông căn cứ trên mối giao hợp giữa điện tích, dòng điện, từ thông, điện áp và sự thay đổi của những đại lượng điện từ này khi chúng đi qua những 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. Nhưng, Chua xuất hiện dường như vẫn còn thiếu một yếu tố nào đó - chủ yếu là mối giao hợp giữa điện tích và từ thông.
Thiết bị này hoạt động như một điện trở có thể lưu trữ.
Ở thời điểm đó, ông đặt ra câu hỏi về sự tồn ở của một thiết bị có thể kết hợp hai đại lượng trên, mà ông gọi là điện trở nhớ (memristor); tuy nhiên trong khoảng thời gian gần 30 năm sau đó, ý tưởng này dần chìm vào quên lãng. Đến năm 2004, những nhà nghiên cứu tại 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 dùng 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 rất nhiều nhóm nghiên cứu khác đã tìm biện pháp gắn điện trở nhớ vào các chip chữa bệnh để mô phỏng biện pháp thức bộ não con người khắc phục thông tin. Một số nhà nghiên cứu khác đã bắt đầu tìm phương pháp chế tạo những 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 câu hỏi 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. Tình trạng như Chua tập trung vào những 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 những bóng bán dẫn. Ông cho biết đã xác định được một vị trí còn trống trong hệ thống chưa tìm linh kiện thích hợp và linh kiện còn thiếu đó, trường hợp được phát minh và chế tạo, sẽ đem lại những thành công đột phá cho tương lai của những 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 thể được chuyển đổi bằng một mạch hoặc điện áp đầu vào. Nói phương pháp khác, bóng bán dẫn có thể đóng và ngắt dòng điện.
Thiết bị mới có thể hoạt động nhờ vào hiệu ứng Hall nổi tiếng.
Tuy nhiên, 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.
Những 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 liên kết 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 khả năng của từ "transitor").
Tiếp theo, ông đề xuất về phương pháp thức ứng dụng của linh kiện này trong thực tế. Phương pháp làm đơn giản đặc biệt ghép nối một trancitor và một transitor để tạo ra các mạch có cấu trúc đơn giản hơn và tiết kiệm năng lượng hơn có nhiều so với những thiết kế hiện có. Chẳng hạn, Lee chỉ ra rằng có khả năng tạo ra một bộ khuếch đại điện áp đơn giản bằng phương pháp sử dụng một trancitor và một bóng bán dẫn duy nhất. Để dễ so sánh, các bộ khuếch đại điện áp hiện giờ cần dùng đến bốn bóng bán dẫn.
Càng đi sâu tìm tòi, mô phỏng các mạch như vậy, Lee càng nhận biết rằng kết quả thu được là những thiết bị nhỏ gọn hơn, tốn ít điện hơn và có tốc độ công việc nhanh hơn so với các mạch chỉ sử dụng những bóng bán dẫn thông thường.
Điều này chắc chắn có ý nghĩa khá quan trọng đối với các thiết bị điện tử. Các mạch dùng liên kết transitor-trancitor sẽ chiếm ít không gian hơn, sử dụng ít năng lượng hơn và hoạt động với tốc độ 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 gây một trancitor?
Lee cho biết, 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. Nhưng, vấn đề phải làm sao để triển khai mô hình này tại các linh kiện có kích thước chỉ vài nanomet trong những mạch tương thích với CMOS thì vẫn chưa được trả lời một kỹ thuật rõ ràng.
Thực tế, những mạch điện tử như chúng ta cho rằng hiện nay đã trải qua hàng thập kỷ được sửa điều trị, cải tiến và tối ưu hoá. Chính vì thế, việc triển khai bất kỳ một linh kiện mới nào cũng cần số đông thời kỳ để thử nghiệm, sửa chữa.
Một lý do khiến việc sản xuất các điện trở nhớ theo lý thuyết của Chua mất rất nhiều thời kỳ là do khá khó tìm ra các vật liệu thích hợp để sản xuất linh kiện này với kích thước chỉ bằng các nguyên tử. Vì vậy, phải tới gần đây, người ta mới bắt đầu đạt được những tiến bộ đầu tiên trong việc khám phá ra biện pháp sản xuất các điện trở nhớ có thể ứng dụng trong thực tiễn.
Hiệu ứng Hall chắc chắn vẫn tồn tại trên quy mô của các hạt mang điện tại tình trạng hạ nguyên tử. Chính vì thế, điều duy nhất chúng ta có thể mong chờ vào thời điểm này là sự xuất hiện của một số kỹ sư điện tử dám nghĩ dám làm, để tìm biện pháp xây dựng, sản xuất và đưa vào sử dụng những trancitor có thể ứng dụng trong thương mại.
Tin tức khác:
Nệm cao cấp và những giấc ngủ ngon
Cách giặt nệm cao su tại nhà cực sạch
0 Nhận xét:
Đăng nhận xét