據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，美國(guó)科學(xué)家提出一種完全用碳制成運(yùn)算元件的設(shè)計(jì)方案。他們表示，這一元件未來(lái)能被制造得比硅晶體管更小，且性能更好，有望替代硅晶體管，大大提升計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。研究發(fā)表在最新一期的《自然·通訊》雜志上。

現(xiàn)有電子設(shè)備離不開晶體管，這種微小的硅結(jié)構(gòu)器件類似開關(guān)，能打開和關(guān)閉電流。近年來(lái)，工程師們一直在想方設(shè)法利用電子的自旋屬性，制造新型晶體管和自旋電子設(shè)備。例如，用石墨烯等碳材料制造集成電路的基本運(yùn)算組件——邏輯門，但迄今尚未成功使這種新型邏輯門實(shí)現(xiàn)有效的“級(jí)聯(lián)”，即把信號(hào)依次傳遞下去。現(xiàn)在，得克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校電子和計(jì)算工程學(xué)助理教授約瑟夫·弗里德曼領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)提出了一種能實(shí)現(xiàn)級(jí)聯(lián)效果的全新設(shè)計(jì)方案，且能在沒有物理接觸的情形下“無(wú)線”傳遞信號(hào)。

在新的自旋電子電路設(shè)計(jì)方案中，科學(xué)家們使用了碳納米管和石墨烯納米帶兩種碳材料，后者指寬度小于50納米的石墨烯條帶。基于電磁學(xué)的基本原則，電子流經(jīng)碳納米管形成電流，電流產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁場(chǎng)影響附近石墨烯納米帶內(nèi)的電流，從而實(shí)現(xiàn)多個(gè)邏輯門之間的級(jí)聯(lián)。

研究人員認(rèn)為，由于石墨烯納米帶之間的通訊通過電磁波進(jìn)行，不像硅半導(dǎo)體通過電子的流動(dòng)實(shí)現(xiàn)，因此，新計(jì)算系統(tǒng)的通訊速度會(huì)快很多，時(shí)鐘頻率有望達(dá)到太赫茲（每秒一萬(wàn)億次），比當(dāng)前主流計(jì)算機(jī)快1000倍。另外，新原件能被制造得比硅基晶體管小得多，而目前硅基晶體管的大小幾乎接近極限。

這一設(shè)計(jì)方案目前仍處于藍(lán)圖階段，弗里德曼表示，他們計(jì)劃下一步制造出這種全碳、級(jí)聯(lián)自旋電子運(yùn)算系統(tǒng)的原型器件，并檢驗(yàn)其效率。