चुंबकीय तर्क परिवर्तनशील चिप्स के लिए बनाता है

सॉफ्टवेयर कंप्यूटर को वर्ड प्रोसेसर से नंबर क्रंचर में वीडियो टेलीफोन में बदल सकता है। लेकिन अंतर्निहित हार्डवेयर अपरिवर्तित है। अब, एक प्रकार का ट्रांजिस्टर जिसे बिजली के बजाय चुंबकत्व के साथ स्विच किया जा सकता है, सर्किटरी को भी लचीला बना सकता है, जिससे स्मार्ट फोन से लेकर उपग्रहों तक अधिक कुशल और विश्वसनीय गैजेट बन सकते हैं।

ट्रांजिस्टर, सभी आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स के केंद्र में सरल स्विच, आम तौर पर "चालू" और "बंद" के बीच टॉगल करने के लिए एक छोटे वोल्टेज का उपयोग करते हैं। वोल्टेज दृष्टिकोण अत्यधिक विश्वसनीय और छोटा करने में आसान है, लेकिन इसके नुकसान हैं। सबसे पहले, वोल्टेज को चालू रखने के लिए बिजली की आवश्यकता होती है, जिससे माइक्रोचिप की ऊर्जा खपत बढ़ जाती है। दूसरा, ट्रांजिस्टर को चिप्स में हार्ड-वायर्ड किया जाना चाहिए और उन्हें पुन: कॉन्फ़िगर नहीं किया जा सकता है, जिसका अर्थ है कि कंप्यूटर को अपने सभी कार्यों के लिए समर्पित सर्किटरी की आवश्यकता होती है।

दक्षिण कोरिया के सियोल में कोरिया इंस्टीट्यूट ऑफ साइंस एंड टेक्नोलॉजी (केआईएसटी) पर आधारित एक शोध समूह ने एक ऐसा सर्किट विकसित किया है जो इन समस्याओं को दूर कर सकता है। 30 जनवरी को नेचर की वेबसाइट पर प्रकाशित एक पेपर में वर्णित डिवाइस, अर्धचालक सामग्री इंडियम एंटीमोनाइड (एस जू एट अल। प्रकृति http://dx) के एक छोटे से पुल में इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए चुंबकत्व का उपयोग करता है। doi.org/10.1038/nature11817; 2013)। स्विट्जरलैंड में आईबीएम की ज्यूरिख रिसर्च लेबोरेटरी के भौतिक विज्ञानी जियान सालिस कहते हैं, "लॉजिक गेट को कैसे लागू किया जाए, यह एक नया और दिलचस्प मोड़ है।"

पुल में दो परतें होती हैं: एक निचला डेक जिसमें धनात्मक आवेशित छिद्रों की अधिकता होती है और एक ऊपरी डेक मुख्य रूप से नकारात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों से भरा होता है। इंडियम एंटीमोनाइड के असामान्य इलेक्ट्रॉनिक गुणों के लिए धन्यवाद, शोधकर्ता एक लंबवत चुंबकीय क्षेत्र का उपयोग करके पुल के पार इलेक्ट्रॉनों के प्रवाह को नियंत्रित कर सकते हैं। जब वे क्षेत्र को एक दिशा में सेट करते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों को सकारात्मक तल डेक से दूर ले जाया जाता है और स्वतंत्र रूप से प्रवाहित होता है। जब चुंबकीय क्षेत्र फ़्लिप किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉन निचले डेक में दुर्घटनाग्रस्त हो जाते हैं और छिद्रों के साथ पुनर्संयोजन करते हैं - प्रभावी रूप से स्विच को बंद कर देते हैं (देखें "चुंबकीय लॉक")।

बिना वोल्टेज के स्विच को चालू या बंद रखने के लिए चुंबकीय लॉजिक गेट की क्षमता "ऊर्जा की खपत में भारी कमी ला सकती है", अध्ययन के सह-लेखक जिन डोंग सोंग, केआईएसटी के एक भौतिक विज्ञानी कहते हैं। इससे भी अधिक प्रभावशाली रूप से, चुंबकीय स्विच "सॉफ्टवेयर की तरह संभाला जा सकता है", वे कहते हैं, केवल एक सर्किट को सक्षम या अक्षम करने के लिए क्षेत्र को फ़्लिप करके। इस प्रकार, एक मोबाइल फोन, उदाहरण के लिए, वीडियो को संसाधित करने के लिए अपने माइक्रोकिरकिट्री के एक बिट को पुन: प्रोग्राम कर सकता है, जबकि इसका उपयोगकर्ता YouTube पर एक क्लिप देखता है, फिर फोन कॉल लेने के लिए चिप को सिग्नल प्रोसेसिंग पर वापस स्विच कर सकता है। यह फोन के अंदर आवश्यक सर्किटरी की मात्रा को काफी कम कर सकता है।
इस तरह के पुन: कॉन्फ़िगर करने योग्य तर्क उपग्रहों में अमूल्य हो सकते हैं, पेपर के सह-लेखक वाशिंगटन डीसी में नौसेना अनुसंधान प्रयोगशाला के मार्क जॉनसन कहते हैं। यदि एक चिप का हिस्सा कक्षा में विफल हो जाता है, तो दूसरे क्षेत्र को बस फिर से शुरू करने के लिए पुन: प्रोग्राम किया जा सकता है। "आपने सर्किट को ठीक किया है और आपने इसे पृथ्वी से किया है," वे कहते हैं।
हालांकि, वास्तव में पकड़ने के लिए, चुंबकीय तर्क को मौजूदा सिलिकॉन-आधारित प्रौद्योगिकियों के साथ एकीकृत करना होगा। यह आसान नहीं हो सकता है। एक बात के लिए, इंडियम एंटीमोनाइड, सर्किट के लिए महत्वपूर्ण अर्धचालक, जापान में तोहोकू विश्वविद्यालय में नैनोइलेक्ट्रॉनिक्स के साथ काम करने वाले शोधकर्ता जुनिची मुरोटा के अनुसार, आधुनिक इलेक्ट्रॉनिक्स बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली निर्माण प्रक्रियाओं के लिए खुद को अच्छी तरह से उधार नहीं देता है। लेकिन जॉनसन का कहना है कि अंततः सिलिकॉन के साथ समान पुल बनाना संभव हो सकता है।

उपकरणों को एक सामान्य चिप में नियंत्रित करने के लिए आवश्यक लघु चुम्बकों को एकीकृत करना भी आसान नहीं होगा। सैलिस कहते हैं, कंपनियों को इन चुनौतियों का समाधान करने में सक्षम होना चाहिए, लेकिन केवल तभी जब वे तय करें कि उपकरण सार्थक हैं। फिलहाल, उन्होंने आगे कहा, यह स्पष्ट नहीं है कि उपकरण व्यावहारिक चिप के लिए आवश्यक आकारों में अच्छा प्रदर्शन करेंगे या नहीं - प्रोटोटाइप के माइक्रोमीटर आयामों की तुलना में बहुत छोटा है।

लेकिन जॉनसन ने नोट किया कि सर्किट डिजाइन में चुंबकत्व पहले से ही पकड़ रहा है: कुछ उन्नत डिवाइस यादृच्छिक अभिगम स्मृति के चुंबकीय संस्करण का उपयोग करना शुरू कर रहे हैं, एक प्रकार की स्मृति जिसे ऐतिहासिक रूप से केवल पारंपरिक ट्रांजिस्टर के साथ बनाया गया है। "मुझे लगता है कि एक बदलाव पहले से ही चल रहा है," वे कहते हैं।