用电子自旋设计的低耗能集成电路实现新能量来源

近日，来自弗吉尼亚联邦大学的研究人员结合自旋电子学和形变电子学的前沿技术，设计了或许是世界上最吝啬的集成电路，消耗的能量极低，甚至可以认为是不需要提供外部能源。根据研究人员的设计思路，所提出的集成电路模式运行只需要少量的能量，甚至没有必要为其提供能量。

它的运行可以从周围环境中获取能量，而控制集成电路的并不是传统意义上的开关，而是基于计算机编码的0和1。而关于电路储存的问题，则是利用自旋电子学电子的向上向下的自旋来储存。

利用电子自旋设计的超级低耗能的集成电路实现了新的能量来源

该集成电路中应用到的自旋电子学是通过新方法来控制电子的自旋自由度，而电子的自旋，是量子力学中粒子所具有的内在属性，而自旋并不能理解成经典力学中自转的概念，两者具有本质上的区别。而例如对磁性半导体等新材料的深入研究，可以更好地满足符合自旋电子元件的要求。

通过电子的自旋我们就会得到一个0的结果，而转换为另一种自旋方式，我们就会得到一个1的结果。这种转换方式是利用提供磁场或者依靠一个自旋极化电流脉冲而实现的。且在切换的过程中，基于自旋电子学设计的集成电路比普通电子学设计的集成电路，只要更少的能量就能运行。然而，如果该集成电路要提高运行速度，将处理能力接近峰值，就会出现能量流失，这些能量本身就是来自周围的环境，当运行速度最大化的时候，这个机制下储存的能量将转化为磁能而散发出去。

针对这一问题的解决方案，在AIP应用物理快报上刊登了出来。使用一种被称为多铁性材料的特殊复合材料结构。多铁性特殊复合材料是一种多功能的用于设计小型化为目标的材料，多铁性材料其具有铁电性，而且又具有铁磁性，具有磁电复合的功能，正是由于这种材料具备两种属性，因而其能通过铁磁性的耦合复合产生协同效应，在电器元件的小型化设计中，这是一种应用广泛的且具有特殊性能的材料。

这些复合材料由一层压电材料亲密接触到磁力控制的纳米级磁铁上，产生形状的改变。当一个微小的电压通过整个集成电路结构时，就会产生压电层，这个压电层就会转化成磁力控制的形变。而形变产生的磁性方向的改变，从而实现翻转。随着材料的正确选择，能量的耗散还能降至最低，从而提高集成电路的能量供应。这项研究的设计目的就是研制一个极低功率消耗的集成电路，且具有较高的密度，不易失去磁性的逻辑和存储系统。