來源：半導體行業(yè)觀察編譯自scitechdaily

一項新研究表明，利用“混沌邊緣”可大大簡化電子芯片，混沌邊緣可使長金屬線放大信號并充當超導體，從而減少對單獨放大器的需求并降低功耗。

研究人員發(fā)現了“混沌邊緣”如何幫助電子芯片克服信號損失，從而使芯片變得更簡單、更高效。

通過在半穩(wěn)定材料上使用金屬線，該方法可以使長金屬線像超導體一樣發(fā)揮作用并放大信號，通過消除對晶體管放大器的需求并降低功耗，有可能改變芯片設計。

利用混沌邊緣技術革新芯片設計

腳趾被撞到后，疼痛信號會立即通過幾米長的軸突傳到大腦，這些軸突由高電阻肉質材料組成。這些軸突采用一種稱為“混沌邊緣”或半穩(wěn)定性的原理，能夠快速準確地傳輸信息。

這項研究通過無機材料傳導電流，展示了混沌邊緣在人工系統(tǒng)中的作用。通常，混沌邊緣會放大噪聲。然而，令人驚訝的是，放置在混沌邊緣材料頂部的金屬線不僅傳導了有用信號，還放大了有用信號。這種方法有效地抵消了通常會降低信號完整性的金屬電阻損耗。

現代電子芯片由眾多元件和大量金屬線（稱為互連）組成。這些金屬線會造成嚴重的電阻信號損失，從而嚴重消耗芯片的電量。傳統(tǒng)的解決方案是將這些線分成較短的線段，并加入晶體管來增強和中繼減弱的信號。

這種創(chuàng)新方法無需晶體管放大器，使長金屬線不僅能實現超導體般的零電阻，還能增強小信號。這種進步可以從根本上簡化芯片設計并大大提高效率。

沌邊緣偏置介質上的金屬線可以為時變信號提供有效的負電阻，輸出比輸入更大的信號。放大的能量來自施加到介質上的靜態(tài)偏置。圖片來源：Brown, TD, 等人 (reMIND)，類似軸突的主動信號傳輸。《自然》（2024 年）。

推進電子產品信號傳輸

由于金屬本身具有電阻，通過金屬導體傳輸的電信號會減弱強度。為了彌補這一缺陷，傳統(tǒng)方法需要反復中斷導體以插入可再生信號的放大器。這種技術已使用了一個多世紀，限制了現代密集互連芯片的設計和性能。相比之下，這項研究引入了一種基于利用半穩(wěn)定混沌邊緣 (EOC) 的新方法，這是科學家們理論化但之前從未證明過的機制。該機制支持類似于生物軸突中看到的自我放大的主動信號傳輸。

利用混沌的半穩(wěn)定邊緣實現高效電子設備

通過電接觸鈷酸鑭 (LaCoO 3 )中的自旋交叉，研究人員分離出半穩(wěn)定的 EOC，并在金屬傳輸線中引發(fā)負電阻和信號放大，而無需單獨的放大器，并且溫度和壓力均為正常。Operando 熱圖顯示，用于維持 EOC 的能量并未完全以熱量的形式流失，而是部分被重新定向以放大信號，從而實現持續(xù)主動傳輸，并可能徹底改變芯片設計和性能。

參考鏈接

https://scitechdaily.com/next-gen-electronics-breakthrough-harnessing-the-edge-of-chaos-for-high-performance-efficient-microchips/

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審核編輯 黃宇