Американские учёные разработали логический вентиль в стиле викторианского изобретателя Чарльза Бэббиджа — но не по эстетическим соображениям, а потому что ретроустройство спокойно работает при температурах, слишком высоких для обычных транзисторов.

Поэтому оно могло бы найти применение, скажем, в электронике ракетного двигателя.

В знаменитых механических компьютерах Бэббиджа данные должны были циркулировать в соответствии с тем, как паровые поршни двигали зубцы и рычаги. Со временем на смену его громоздким приспособлениям пришли электронно-вычислительные машины, в которых информация передаётся через огромные массивы транзисторов в виде сигналов различного напряжения.

Рис. 1. Один из механических компьютеров Чарльза Бэббиджа (фото Science Museum in London).

Напряжение на одном из входов транзистора определяет, пройдёт ли через него ток. Но при температуре выше 250 ˚C устройство настолько переполнено тепловыми электронами (даже если оно пассивно), что напряжение утекает сквозь логический вентиль, и это делает всю схему бесполезной. Здесь не поможет даже карбид кремния — самый теплостойкий полупроводник.

Это побудило команду Дэхао Ли из Университета Западного резервного района рассмотреть возможность возврата к механической логике. В предложенном исследователями устройстве вместо транзисторов используются наноразмерные «рычаги». Приложенное напряжение заставляет их двигаться под действием электростатики. Подобно ключу телеграфа Морзе, эти рычаги физически создают или разрывают контакт для приёма или блокировки тока. Утечки тока слишком малы, чтобы их можно было измерить — а значит, проблему потерь в транзисторах можно считать преодолённой.

Даже при 550 ˚C инвертор включался и выключался 500 тыс. раз в секунду. Учёные предсказывают, что достижение 1 ГГц вполне возможно. С современными настольными компьютерами это, конечно, несравнимо, но для систем управления вполне достаточно.

Впрочем, работа над устройством ещё далека от завершения. Некоторые «рычаги» плавились и рвались после двух миллиардов циклов.

Мы пока не знаем, почему это происходит, — говорит г-н Ли. — Думается, есть некий связанный с температурой электрический скачок при коммутации».

Результаты исследования опубликованы в статье:

Te-Hao Lee, Swarup Bhunia, Mehran Mehregany Electromechanical Computing at 500°C with Silicon Carbide. – Science. – V. 329. – № 5997. – pp. 1316 – 1318. (DOI: 10.1126/science.1192511).

По материалам: