Từ khá 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 cho rằng 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 những nghiên cứu nhằm tìm hiểu về một khung toán học chính cho khoa học điện tử. Lý thuyết của ông tùy 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 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. Thế nhưng, Chua nhận biết dường như vẫn còn thiếu một yếu tố nào đó - chủ yếu là mối quan hệ giữa điện tích và từ thông.
Thiết bị này hoạt động như một điện trở có khả năng lưu trữ.
Ở thời điểm đó, ông đặt ra vấn đề về sự tồn ở của một thiết bị có khả năng liên kết 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, các nhà nghiên cứu tại 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 thể lưu trữ.
Kể từ đó, nhóm của HP cùng nhiều nhóm nghiên cứu khác đã tìm cách gắn điện trở nhớ vào các chip điều trị 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 những tụ điện nhớ (memcapacitor) và cuộn cảm nhớ (meminductor), những phiên bản tương tự như điện trở nhớ của các thành phần điện tử thụ động khác.
Những phát minh này đặt ra một câu hỏi 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 đến từ Đại học Quốc gia Pusan, Hàn Quốc. Trường hợp 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 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 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 thể đóng và ngắt dòng điện.
Thiết bị mới có khả năng 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.
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 do nó được gọi là bóng bán dẫn (transitor), vốn trong tiếng Anh là sự gắn 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 những mạch có cấu trúc đơn giản hơn và tiết kiệm năng lượng hơn rất 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 kỹ thuật sử dụng một trancitor và một bóng bán dẫn duy nhất. Để dễ so sánh, những bộ khuếch đại điện áp bây giờ cần dùng đến bốn bóng bán dẫn.
Càng đi sâu tìm tòi, mô phỏng những 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 làm 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. Những mạch dùng liên kết transitor-trancitor sẽ chiếm ít không gian hơn, sử dụng ít năng lượng hơn và hoạt động với tốc độ khá cao hơn các mạch thông thường. "Trancitor sẽ giúp tạo ra một mô hình mới về điện tử", Lee nói.
Thế nhưng, có một câu hỏi quan trọng chưa được trả lời - đó là làm thế nào để dẫn đến một trancitor?
Lee cho cho rằng, thiết bị mới của ông có thể 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. Thế nhưng, câu hỏi làm thế nào để triển khai mô hình này ở những linh kiện có kích thước chỉ vài nanomet trong các mạch tương thích với CMOS thì vẫn chưa được trả lời một phương pháp rõ ràng.
Thực tế, những mạch điện tử như chúng ta hiểu bây giờ đã trải qua hàng thập kỷ được sửa trị, cải tiến và tối ưu hoá. Do đó, việc triển khai bất kỳ một linh kiện mới nào cũng cần số đông 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 do rất khó tìm ra các 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 cách sản xuất những điện trở nhớ có thể ứng dụng trong thực tiễn.
Hiệu ứng Hall chắc chắn vẫn tồn ở trên quy mô của những hạt mang điện ở mức độ 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 phương pháp xây dựng, sản xuất và đưa vào sử dụng các trancitor có khả năng ứng dụng trong thương mại.
Tin tức khác:
Bảng giá Công Ty vệ sinh Hoàng Nam
Những nguy cơ tiềm ẩn khi sử dụng chăn, ra, gối, nệm cũ
Các lưu ý khi đặt sofa nỉ đúng chuẩn mọi thiết kế hiện nay
0 Nhận xét:
Đăng nhận xét