Een ingenieur aan de Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science aan de Universiteit van Texas in Dallas heeft een nieuw computersysteem ontworpen dat uitsluitend is gemaakt van koolstof en dat op een dag de siliciumtransistors zou kunnen vervangen die de elektronische apparaten van vandaag aandrijven.

"Het concept brengt een assortiment van bestaande technologieën op nanoschaal samen en combineert ze op een nieuwe manier, " zei Dr. Joseph S. Friedman, assistent-professor elektrische en computertechniek aan de UT Dallas, die veel van het onderzoek deed terwijl hij een doctoraatsstudent was aan de Northwestern University.

Het resulterende voorstel voor volledig koolstofspinlogica, gepubliceerd door hoofdauteur Friedman en verschillende medewerkers in het nummer van 5 juni van het online tijdschrift Natuurcommunicatie , is een computersysteem dat volgens Friedman kleiner kan worden gemaakt dan siliciumtransistors, met verhoogde prestaties.

De elektronische apparaten van tegenwoordig worden aangedreven door transistors, dat zijn kleine siliciumstructuren die afhankelijk zijn van negatief geladen elektronen die door het silicium bewegen, een elektrische stroom vormen. Transistors gedragen zich als schakelaars, stroom in- en uitschakelen.

Naast het dragen van een lading, elektronen hebben een andere eigenschap genaamd spin, die betrekking heeft op hun magnetische eigenschappen. In recente jaren, ingenieurs hebben manieren onderzocht om de spinkarakteristieken van elektronen te benutten om een ​​nieuwe klasse van transistors en apparaten te creëren die 'spintronica' worden genoemd.

Friedman's volledig koolstof, spintronische schakelaar functioneert als een logische poort die vertrouwt op een basisprincipe van elektromagnetisme:zoals een elektrische stroom door een draad beweegt, het creëert een magnetisch veld dat zich om de draad wikkelt. In aanvulling, een magnetisch veld in de buurt van een tweedimensionaal koolstoflint - een grafeen nanoribbon genoemd - beïnvloedt de stroom die door het lint vloeit. In traditionele, op silicium gebaseerde computers, transistors kunnen dit fenomeen niet uitbuiten. In plaats daarvan, ze zijn met draden met elkaar verbonden. De uitgang van de ene transistor is met een draad verbonden met de ingang van de volgende transistor, enzovoort op een trapsgewijze manier.

In het spintronische circuitontwerp van Friedman, elektronen die door koolstofnanobuisjes bewegen - in wezen kleine draadjes bestaande uit koolstof - creëren een magnetisch veld dat de stroomstroom in een nabijgelegen grafeennanoribbon beïnvloedt, het verstrekken van gecascadeerde logische poorten die niet fysiek zijn verbonden.

Omdat de communicatie tussen elk van de grafeen nanoribbons plaatsvindt via een elektromagnetische golf, in plaats van de fysieke beweging van elektronen, Friedman verwacht dat de communicatie veel sneller zal gaan, met het potentieel voor terahertz kloksnelheden. In aanvulling, deze koolstofmaterialen kunnen kleiner worden gemaakt dan op silicium gebaseerde transistors, die hun maximale grootte naderen vanwege de beperkte materiaaleigenschappen van silicium.

"Dit was een geweldige interdisciplinaire samenwerking in teamverband, ' zei Friedman, "Mijn circuitvoorstel combineren met natuurkundige analyse door Jean-Pierre Leburton en Anuj Girdhar van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign; technologische begeleiding van Ryan Gelfand van de Universiteit van Central Florida; en systeeminzicht van Alan Sahakian, Allen Taflove, Bruce Wessel, Hooman Mohseni en Gokhan Memik in Northwestern."

Terwijl het concept nog op de tekentafel ligt, Friedman zei te werken aan een prototype van de volledig koolstof, cascaded spintronic computersysteem zal worden voortgezet in het interdisciplinaire NanoSpinCompute onderzoekslaboratorium, die hij leidt aan de UT Dallas.