Từ khá 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 nhận thấy đến, hoạt động giống như một bóng bán dẫn "ngược". Nó có khả năng được dùng để tạo ra các 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 các nghiên cứu nhằm tìm cho rằng về một khung toán học cơ bản cho khoa học điện tử. Lý thuyết của ông căn cứ 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 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 thấy dường như vẫn còn thiếu một yếu tố nào đó - phổ biến là mối quan hệ 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 gắn kết hai đại lượng trên, mà ông gọi là điện trở nhớ (memristor); nhưng trong khoảng thời kỳ gần 30 năm sau đó, ý tưởng này dần chìm vào quên lãng. Tới năm 2004, các nhà nghiên cứu ở 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 nhiều nhóm nghiên cứu khác đã tìm kỹ thuật gắn điện trở nhớ vào các chip chữa bệnh để mô phỏng kỹ thuật thức bộ não con người khắc phục thông tin. Một số nhà nghiên cứu khác đã bắt đầu tìm biện pháp chế tạo các 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 thắc mắc 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 những thành tựu của nhà nghiên cứu Sungsik Lee tới từ Đại học Quốc gia Pusan, Hàn Quốc. Nếu 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 những 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, trường hợp được phát minh và chế tạo, sẽ đem lại những 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 vô cùng lớn nhất: bóng bán dẫn. Đầu ra của nó có thể được chuyển đổi bằng một mạch hoặc điện áp đầu vào. Nói kỹ thuật khác, bóng bán dẫn có thể đóng và ngắt dòng điện.
Thiết bị mới có khả năng hoạt động nhờ vào hiệu ứng Hall nổi tiếng.
Tuy nhiên, hiện ở 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 bởi 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 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 các mạch có cấu trúc đơn giản hơn và tiết kiệm năng lượng hơn phần lớn 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 cách dùng một trancitor và một bóng bán dẫn duy nhất. Để dễ so sánh, những bộ khuếch đại điện áp ngày nay cần sử dụng đến bốn bóng bán dẫn.
Càng đi sâu tìm tòi, mô phỏng những mạch như vậy, Lee càng xuất hiện rằng kết quả thu được là các thiết bị nhỏ gọn hơn, tốn ít điện hơn và có tốc độ làm việc nhanh hơn so với các mạch chỉ dùng 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 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 những mạch thông thường. "Trancitor sẽ giúp tạo ra một mô hình mới về điện tử", Lee nói.
Thế nhưng, có một vấn đề quan trọng chưa được trả lời - đó là phải làm sao để dẫn đến một trancitor?
Lee cho thấy, thiết bị mới của ông có thể 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. Thế nhưng, thắc mắc 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 chữa trị, cải tiến và tối ưu hoá. Do đó, việc triển khai bất kỳ một linh kiện mới nào cũng cần khá nhiều thời kỳ để thử nghiệm, sửa điều trị.
Một nguyên nhân khiến việc sản xuất các điện trở nhớ theo lý thuyết của Chua mất đa số thời kỳ là tại rất khó tìm ra những vật liệu phù hợp để sản xuất linh kiện này với kích thước chỉ bằng những nguyên tử. Chính vì vậy, phải đến gần đây, người ta mới bắt đầu đạt được những tiến bộ đầu tiên trong việc khám phá ra kỹ thuật 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 những hạt mang điện ở tình trạng hạ nguyên tử. Vậy nên, 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 khả năng ứng dụng trong thương mại.
Tin tức khác:
Dịch vụ giặt thảm trang trí, trải sàn tại nhà giá rẻ
Dịch vụ giặt thảm văn phòng, thảm trải sàn giá rẻ
0 Nhận xét:
Đăng nhận xét