Từ 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 biết tới, hoạt động giống như một bóng bán dẫn "ngược". Nó có thể 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 điển hình cho khoa học điện tử. Lý thuyết của ông tùy thuộc trên mối quan hệ 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 nhận thấy 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 khả năng lưu trữ.
Tại thời điểm đó, ông đặt ra thắc mắc về sự tồn tại của một thiết bị có thể kết hợp hai đại lượng trên, mà ông gọi là điện trở nhớ (memristor); nhưng trong khoảng thời gian gần 30 năm sau đó, ý tưởng này dần chìm vào quên lãng. Đến năm 2004, các 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 thể 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 phần lớn nhóm nghiên cứu khác đã tìm phương pháp gắn điện trở nhớ vào các chip chữa bệnh để mô phỏng biện pháp thức bộ não con người chữa trị thông tin. Một số nhà nghiên cứu khác đã bắt đầu tìm phương pháp chế tạo các 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.
Các phát minh này đặt ra một vấn đề thú vị. Vậy các 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. Tình trạng như Chua tập trung vào các 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 thấy đã xác định được một vị trí còn trống trong hệ thống chưa tìm linh kiện phù hợp và linh kiện còn thiếu đó, nếu được phát minh và chế tạo, sẽ đem lại các hiệu quả đột phá cho tương lai của các thiết bị điện tử.
Lý luận của Lee tập trung vào thiết bị điện tử có vai trò nghiêm trọng nhất: bóng bán dẫn. Đầu ra của nó có thể được chuyển đổi bằng một mạch hoặc điện áp đầu vào. Nói biện pháp khác, bóng bán dẫn có khả năng đóng và ngắt dòng điện.
Thiết bị mới có thể hoạt động nhờ vào hiệu ứng Hall nổi tiếng.
Thế 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.
Các 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 vì nó được gọi là bóng bán dẫn (transitor), vốn trong tiếng Anh là sự gắn bó 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 nguy cơ của từ "transitor").
Tiếp theo, ông đề xuất về cách thức ứng dụng của linh kiện này trong thực tế. Biện pháp làm đơn giản nhất là ghép nối một trancitor và một transitor để tạo ra những mạch có cấu trúc đơn giản hơn và tiết kiệm năng lượng hơn số đông so với các thiết kế hiện có. Chẳng hạn, Lee chỉ ra rằng có thể tạo ra một bộ khuếch đại điện áp đơn giản bằng biện pháp sử dụng một trancitor và một bóng bán dẫn duy nhất. Để dễ so sánh, những bộ khuếch đại điện áp hiện nay cần sử dụng đến bốn bóng bán dẫn.
Càng đi sâu tìm tòi, mô phỏng các mạch như vậy, Lee càng phát hiện rằng kết quả thu được là các thiết bị nhỏ gọn hơn, tốn ít điện hơn và có tốc độ việc làm nhanh hơn so với những mạch chỉ sử dụng những bóng bán dẫn thông thường.
Điều này chắc chắn có ý nghĩa rất quan trọng đối với các thiết bị điện tử. Các mạch dùng kết hợp transitor-trancitor sẽ chiếm ít không gian hơn, sử dụng ít năng lượng hơn và hoạt động với tốc độ rất cao hơn các mạch thông thường. "Trancitor sẽ giúp tạo ra một mô hình mới về điện tử", Lee nói.
Nhưng, có một câu hỏi quan trọng chưa được trả lời - đó là phải làm sao để gây nên 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, thắc mắc làm thế nào để triển khai mô hình này ở các linh kiện có kích thước chỉ vài nanomet trong các 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 nhận thấy hiện nay đã trải qua hàng thập kỷ được sửa điều trị, cải tiến và tối ưu hoá. Chính vì vậy, việc triển khai bất kỳ một linh kiện mới nào cũng cần nhiều thời gian để thử nghiệm, sửa chữa trị.
Một nguyên nhân khiến việc sản xuất các điện trở nhớ theo lý thuyết của Chua mất phần lớn thời gian là do khá khó tìm ra những vật liệu thích hợp để sản xuất linh kiện này với kích thước chỉ bằng các nguyên tử. Vậy nên, phải tới gần đây, người ta mới bắt đầu đạt được các tiến bộ đầu tiên trong việc khám phá ra biện pháp sản xuất những 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 cấp độ hạ nguyên tử. Chính vì vậy, điều duy nhất chúng ta có khả năng mong chờ vào thời điểm này là sự thường mọc của một số kỹ sư điện tử dám nghĩ dám làm, để tìm kỹ thuật xây dựng, sản xuất và đưa vào dùng các trancitor có thể ứng dụng trong thương mại.
Tin tức khác:
Cách giặt ghế sofa tại nhà cực kỳ đơn giản mà hiệu quả
Dịch vụ giặt thảm trang trí, trải sàn tại nhà giá rẻ
0 Nhận xét:
Đăng nhận xét