硅谷變“鐵谷”：鐵電材料有望突破計算機發(fā)展瓶頸

　　經(jīng)過幾十年的反復(fù)再造，硅晶體管開始顯現(xiàn)出了其發(fā)展的瓶頸，整個行業(yè)都開始尋找它的替代品。目前一種新的可供選擇的材料出現(xiàn)在了人們面前，如果這種材料可以成功運用于計算機領(lǐng)域，這將促使計算機處理器不僅能有效提高能源利用率而且還能夠提高運算能力并能用于存儲設(shè)備。

　　研究人員發(fā)現(xiàn)，他們可以利用電荷迅速地在四種不同狀態(tài)之間進(jìn)行切換的鐵電材料來存儲數(shù)據(jù)。由這種材料制成的晶體管可以利用這些不同的電荷狀態(tài)表達(dá)比1和0更多這樣的基礎(chǔ)計算機數(shù)字邏輯，而且它還可以容納這些電荷狀態(tài)而不需要外部供電，這種材料也能夠處理信息以及存儲信息。

　　IBM的Watson研究中心的科學(xué)家Thomas N. Theis表示，如今硅晶體管已經(jīng)縮小到了納米級別，它也遇到了難以提升綜合表現(xiàn)的瓶頸期，從而導(dǎo)致不能很好地協(xié)調(diào)功耗過高、散熱和速度等問題。而使用了這類處理器的產(chǎn)品都采用了各自不同的方式來克服這些挑戰(zhàn)。

　　Martin與理論化學(xué)家Andrew Rappe共同合作并在賓夕法尼亞大學(xué)進(jìn)行建模并測試鐵電體。

　　與硅晶體管一樣，鐵電體可以在不同的狀態(tài)之間進(jìn)行切換從而表達(dá)信息。但是切換的物理現(xiàn)象與硅晶體是完全不同的，鐵電體不局限于在傳導(dǎo)與絕緣狀態(tài)之間切換，鐵電材料也能切換電極——改變材料中電流的方向。

　　鐵電材料具有天然的電極，可以通過使用電場來改變電極方向。到目前為止該切換只需要幾納秒，對于數(shù)據(jù)存儲來說這樣的速度足夠快，但對于進(jìn)行數(shù)據(jù)處理而言，這樣的速度還有點慢，而且它需要消耗相當(dāng)多的能量。

　　Martin用各種各樣的鐵電材料制作了產(chǎn)品進(jìn)行測試，包括鋯鈦酸鉛，在測試中它展示出了更快的切換速度，并且只需要較低的電壓。測試結(jié)果公布在了Nature Materials雜志上，從結(jié)果來看這些鐵電材料的切換速度比常規(guī)設(shè)計至少快了兩至三倍。

　　IBM的Theis表示，這項測試研究的結(jié)果似乎表明了我們對這些材料的理解又取得了非常重大的進(jìn)步。

　　Martin表示，他和Rappe希望可以不僅僅局限于鐵電材料使用在存儲設(shè)備上。他們的一個想法是將這些鐵電體與硅材料進(jìn)行結(jié)合，從而制作出一種新型晶體管。這種采用這種晶體管的裝置將會高效節(jié)能，并會將計算處理和存儲結(jié)合為一體。Martin表示，由于這種材料具有十分優(yōu)異的特性，對于家庭用戶而言，即使發(fā)生斷電現(xiàn)象也無需擔(dān)心資料丟失;對于企業(yè)而言，由于可以集計算與存儲為一身，可以節(jié)省下建立數(shù)據(jù)中心的一大筆資金。