Từ rất nhiều 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 biết tới, hoạt động giống như một bóng bán dẫn "ngược". Nó có khả năng được sử dụng 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 thấy về một khung toán học cơ bản cho khoa học điện tử. Lý thuyết của ông tùy thuộc trên mối giao hợp 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 phổ biến 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. Tuy nhiên, Chua nhận biết dường như vẫn còn thiếu một yếu tố nào đó - chính là mối giao hợp giữa điện tích và từ thông.
Thiết bị này hoạt động như một điện trở có khả năng lưu trữ.
Tại thời điểm đó, ông đặt ra thắc mắc về sự tồn ở của một thiết bị có khả năng hợp lại 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 thành công 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 số đông nhóm nghiên cứu khác đã tìm kỹ thuật 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 cách chế tạo những tụ điện nhớ (memcapacitor) và cuộn cảm nhớ (meminductor), các 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 những linh kiện vừa mới được khám phá này có công dụng gì đối với những thiết bị điện tử.
Ngày hôm nay, chúng ta đã có được câu trả lời cho vấn đề trên nhờ vào những thành tựu của nhà nghiên cứu Sungsik Lee tới từ Đại học Quốc gia Pusan, Hàn Quốc. Hiện tượng 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 các thành phần điện tử chủ động, trong đó có các bóng bán dẫn. Ông cho cho rằng đã xác định được một vị trí còn trống trong hệ thống chưa tìm linh kiện thích hợp và linh kiện còn thiếu đó, tình trạng được phát minh và chế tạo, sẽ đem lại các hiệu quả 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 vô cùng lớn nhất: bóng bán dẫn. Đầu ra của nó có khả năng được chuyển đổi bằng một mạch hoặc điện áp đầu vào. Nói cách khác, bóng bán dẫn có khả năng 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.
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 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 khả năng của từ "transitor").
Tiếp theo, ông đề xuất về biện pháp thức ứng dụng của linh kiện này trong thực tế. Kỹ thuật làm đơn giản nhất là ghép nối một trancitor và một transitor để tạo ra các mạch có cấu trúc đơn giản hơn và tiết kiệm năng lượng hơn đa số 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 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 tới bốn bóng bán dẫn.
Càng đi sâu tìm tòi, mô phỏng các mạch như vậy, Lee càng nhận thấy rằng kết quả thu được là các thiết bị nhỏ gọn hơn, tốn ít điện hơn và có tốc độ công việc nhanh hơn so với các mạch chỉ sử dụng các bóng bán dẫn thông thường.
Điều này chắc chắn có ý nghĩa khá quan trọng đối với các thiết bị điện tử. Các mạch sử dụng gắn bó transitor-trancitor sẽ chiếm ít không gian hơn, dùng ít năng lượng hơn và hoạt động với tốc độ cao hơn các mạch thông thường. "Trancitor sẽ giúp tạo ra một mô hình mới về điện tử", Lee nói.
Thế nhưng, có một thắc mắc quan trọng chưa được trả lời - đó là làm thế nào để gây một trancitor?
Lee cho thấy, thiết bị mới của ông có khả năng hoạt động nhờ vào hiệu ứng Hall nổi tiếng, vốn có thể tạo ra điện áp trên một dây dẫn khi từ trường được đặt theo hướng vuông góc với dòng điện. Tuy nhiên, câu hỏi phải làm sao để triển khai mô hình này tại những linh kiện có kích thước chỉ vài nanomet trong những mạch tương thích với CMOS thì vẫn chưa được trả lời một biện pháp rõ ràng.
Thực tế, những mạch điện tử như chúng ta thấy ngày nay đã trải qua hàng thập kỷ được sửa điều trị, cải tiến và tối ưu hoá. Vì thế, việc triển khai bất kỳ một linh kiện mới nào cũng cần số đông thời kỳ để thử nghiệm, sửa chữa trị.
Một nguyên do khiến việc sản xuất những điện trở nhớ theo lý thuyết của Chua mất đa số thời gian là bởi khá khó tìm ra những vật liệu phù hợp để sản xuất linh kiện này với kích thước chỉ bằng những nguyên tử. Vì vậy, 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 các 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 tại tình trạng hạ nguyên tử. Vậy nên, điều duy nhất chúng ta có khả năng mong chờ vào thời điểm này là sự xuất hiện của một số kỹ sư điện tử dám nghĩ dám làm, để tìm cách xây dựng, sản xuất và đưa vào sử dụng những trancitor có thể ứng dụng trong thương mại.
Tin tức khác:
Cách giặt nệm cao su tại nhà cực sạch
Dịch vụ vệ sinh công nghiệp tại công ty vệ sinh Hoàng Nam
Các dịch vụ Công Ty vệ sinh Hoàng Nam
0 Nhận xét:
Đăng nhận xét